JP6096283B2 - トラクション制御装置及びトラクション制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、トラクション制御装置、トラクション制御方法及びトラクション制御プログラム、並びに、当該トラクション制御プログラムが記録された記録媒体に関する。
近年、環境負荷等の観点から、アクセルペダルやブレーキペダルの踏み込み量に応じた駆動及び制動を電気モータによって行う電気自動車が注目されている。ここで、電気モータは電気部品であるため、電気自動車における駆動及び制動の応答性及び線形性は、駆動及び制動をエンジン及び油圧機構によって行う内燃機関自動車と比べて、格段に優れている。
すなわち、電気モータの応答速度は、油圧機構の10倍程度速く、エンジンの100倍程度速い。また、モータが発生する実トルク値Tmとモータ電流値(以下、「駆動電流値」ともいう)Imとの関係は、次の(1)式で表される。
m=Kt・Im …(1)
ここで、トルク定数Ktは、事前測定により求めることができる。なお、トルク定数Ktは、モータのタイプによって、固定値であったり、モータ電流値Imや回転速度に応じて変化するものであったりする。したがって、電気モータの作動中にモータ電流値Imを電流センサ等で検出することにより、実トルク値Tmを正確に把握できる。また、モータ電流値Imを制御することにより、実トルク値Tmに対する制御を容易に行うことができる。このため、エンジン制御やブレーキ油圧制御と比べて、安全性及び快適性が高いトラクション制御を電気自動車で実現するための様々な技術が提案されている。
こうした提案技術の第1の例として、走行中にスリップ率λ及び摩擦係数μを検出し、検出されたスリップ率λ及び摩擦係数μに基づいて、電気モータの駆動トルクの増減の幅を制御する技術(特許文献1参照:以下、「従来例1」という)がある。この従来例1の技術では、スリップ率λに対する摩擦係数μの比の平均値を算出して、走行している路面の状態を把握する。そして、滑りやすい路面では、駆動トルクの立ち上がりや立ち下りに制限を加えるようになっている。
提案技術の第2の例として、(i)走行中にスリップ率λ及び摩擦係数μを計算により求め、(ii)計算されたスリップ率λ及び摩擦係数μから推定された最大摩擦係数に基づいて最大駆動トルクを算出して、要求トルクに制限を加える技術(特許文献2参照:以下、「従来例2」という)がある。この従来例2の技術では、現在までに計算されたスリップ率λと摩擦係数μとの相関関係に基づいて、走行路面のμ−λ特性カーブを選定して、最大摩擦係数を推定するようになっている。
提案技術の第3の例として、(i)走行中におけるスリップ率λ及び駆動トルクTの推定、(ii)推定されたスリップ率λ及び駆動トルクTに基づく摩擦係数μの推定、及び(iii)推定された摩擦係数μ及び現在の上下方向の荷重における許容最大トルクの導出を順次行った後、導出された許容最大トルクに基づいて駆動トルクを制限する技術(特許文献3参照:以下、「従来例3」という)がある。この従来例3の技術では、スリップ率λ及び駆動トルクTと、摩擦係数μとの関係を示す第1テーブルを参照して、摩擦係数μを推定するとともに、上下方向の荷重ごとに摩擦係数μと許容最大トルクとの関係を示す第2テーブルを参照して、許容最大トルクを求めるようになっている。
特開2006−034012号公報 特開2008−167624号公報 特開2012−186928号公報
路面を走行している車両の駆動輪のそれぞれの運動は、一輪モデル(以下、「駆動輪モデル」ともいう)に準じて表すことができる。図1には、当該駆動輪モデルにおける変数が示されている。図1において、「M」は移動体の重量であり、「Fd」は駆動輪WHの駆動力であり、「Fdr」は走行抵抗である。また、「Tm」はモータが発生し、駆動輪WHに付与される実トルク値であり、「v」は移動体MVの移動速度(以下、「車体速度」、又は、「車速」ともいう)であり、「ω」は駆動輪WHの回転速度である。また、「N」は、駆動輪WHに作用する垂直抗力であり、「r」は駆動輪WHの半径である。
図1に示される駆動輪モデルにおいては、移動体MVの運動方程式は、次の(2)式で与えられる。
M・(dv/dt)=Fd−Fdr …(2)
また、駆動輪WHの運動方程式は、駆動輪WHの慣性モーメントを「Jw」、駆動トルクを「Td」として、次の(3)式で与えられる。
w・(dω/dt)=Tm−r・Fd=Kt・Im−Td …(3)
駆動力Fdと垂直抗力Nとの関係は、駆動輪WHにとっての路面の摩擦係数をμとして、次の(4)式で表される。
μ=Fd/N …(4)
また、スリップ率λは、上述した駆動輪モデルにおいては、次の(5)式により表される。
λ=(r・ω−v)/Max(r・ω,v) …(5)
ここで、Max(r・ω,v)は、(r・ω)とvとの数値の大きな方を示す。駆動時には、(r・ω)がvよりも大きいため、Max(r・ω,v)=r・ωである。一方、制動時には、vが(r・ω)よりも大きいため、Max(r・ω,v)=vである。
上記の駆動輪モデルにおいて、摩擦係数μとスリップ率λとの関係(すなわち、μ―λ特性)は、一般に、駆動時においては図2に示される通りである。なお、図2においては、乾燥路面におけるμ―λ特性が実線にて示され、湿潤路面におけるμ―λ特性が一点鎖線にて示されるとともに、凍結路面におけるμ―λ特性が二点鎖線にて示されている。
図2に示される駆動時のスリップ率の増加に伴う摩擦係数μの変化において、摩擦係数μが最大となるスリップ率以下である状態が、移動体MVが安定して走行できる状態(以下、「安定状態」という)となっている。一方、摩擦係数μが最大となるスリップ率よりも大きな状態が、駆動輪WHの空転やロック現象が発生する状態(以下、「不安定状態」という)となっている。以下、安定状態となる領域を「安定領域」と呼び、不安定状態となる領域を「不安定領域」と呼ぶ。
なお、制動時のスリップ率の増加に伴う摩擦係数μの変化においては、摩擦係数μが最小となるスリップ率以上である状態が安定状態となっている。一方、摩擦係数μが最小となるスリップ率よりも小さな状態が不安定状態となる。
こうしたμ―λ特性を有している路面において、ある車両が、乾燥路面→凍結路面→乾燥路面という走行を行う場合を考える。こうした場合に、アクセルペダルの踏み込み量に応じたトルク指令値TCをそのままトルク設定値TSとしてモータ駆動系に入力した場合のシミュレーションの結果が、図3及び図4に示されている。これらの図3及び図4には、車体速度v、車輪速度(r・ω)、スリップ率λ及び摩擦係数μのシミュレーション結果が示されている。
なお、当該シミュレーションの条件としては、4輪駆動の電気自動車であって、車重:1800[kg]、駆動輪WHの慣性モーメント:1.2[kg・m2]及びモータのトルク応答:5[ms](インホイールモータの場合を想定)という条件を採用した。また、時刻t1において乾燥路面から凍結路面に変化し、時刻t2(>t1)において凍結路面から乾燥路面に変化することを想定して、シミュレーションを行った。
この図3及び図4において総合的に示されるように、トルク指令値TCをそのままトルク設定値TSとする場合には、トルク設定値TS(=TC)が大きくなるにつれ、凍結路面上でのスリップ率λが大きくなっていく。そして、ある値を超えたトルク設定値TS(=TC)となると、スリップ率λが増大して0.2以上となり、上述した図2で示した不安定領域に入ってしまう。これは、凍結路面では摩擦係数μが小さいためにグリップ力も小さく、そのグリップ力を超えてしまう程のトルク設定値TSとなると、不安定領域に入ってしまうことを示している。
こうした不安定領域に入ってしまう事態の発生を回避するために、トルク指令値TCに対して何らかの制限(リミッタ)処理を行うことで、トルク設定値TSを制限する方法が考えられる。上述した従来例1〜3の技術は、いずれも、この方法を採用している。すなわち、従来例1〜3の技術は、いずれも、路面状態、すなわち、μ−λ特性の推定結果に応じてトルク設定値TSの制限を可変させることにより、凍結路面ではトルク設定値TSを制限し、乾燥路面では必要以上にトルク設定値TSを制限しないという方法である。
しかしながら、従来例1〜3の技術は、μ−λ特性を推定するために、平均化処理(従来例1)、最小二乗法推定処理(従来例2)、及び、テーブルマッチング処理(従来例3)を行っており、複数のデータを用いる必要があるため、トルク設定値TSに適切な制限をかけるまでに、少なくても数秒程度の時間を必要としてしまう。このため、路面状態が変化した場合に、迅速に、適切なトルク設定値TSの制限をかけることができない。この結果、乾燥路面から凍結路面に急に変化した場合における安全性の確保や、凍結路面から乾燥路面に急に変化した場合における運転者の意図に沿った運転を、迅速に実現可能とするとはいいがたかった。
そこで、現在値の迅速な検出が可能な移動速度v、回転速度ω及びモータ電流値Imから推定可能なスリップ率及び駆動トルクの現時点における推定結果に基づいて、適応的に、トルク設定値TSに制限をかける手法を採用することが考えられる。ここで、適切にトルク設定値TSに制限をかけるには、精度の良いスリップ率及び駆動トルクの現在値の推定を行うことができることが前提となる。
かかるスリップ率及び駆動トルクの現在値の精度の良い迅速な推定には、移動速度v、回転速度ω及びモータ電流値Imの現在値の全てについて精度の良い迅速な検出が必要となる。しかしながら、移動速度v、回転速度ω及びモータ電流値Imの全ての現在値の精度の良い検出は、移動の全期間にわたって可能であるとは限らない。
このため、スリップ率及び駆動トルクの現在値の推定精度が高いとはいえない場合であっても、路面状態に応じて、「適切に」かつ「迅速に」トルク設定値TSを制限することができる技術が望まれている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、必要な駆動力を確保しつつ安定な走行のための適切な制御を、路面状態の変化に応じて迅速に実現することができる新たなトラクション制御装置及びトラクション制御方法を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、モータによって駆動される駆動輪を有する移動体のトラクション制御装置であって、前記移動体の移動速度を取得する移動速度取得部と;前記駆動輪の回転速度を取得する回転速度取得部と;前記モータが発生する実トルク値を取得する実トルク値取得部と;前記移動速度と前記回転速度とに基づいて推定した前記駆動輪のスリップ率と、前記回転速度、前記駆動輪の慣性モーメント及び前記実トルク値に基づいて推定された前記駆動輪の駆動トルクとに応じたリミテッドトルク値に基づいて、前記モータの動作に制限をかける制限部と;前記回転速度を微分した値に前記駆動輪がスリップしていない仮想的な状態を表す特性値を乗じて得られる逆算トルク値と、前記実トルク値とに基づいて算出されたフィードバックトルク値により、前記モータの動作にフィードバックをかけるフィードバック部と;を備えることを特徴とするトラクション制御装置である。
請求項9に記載の発明は、モータによって駆動される駆動輪を有する移動体のトラクション制御装置において使用されるトラクション制御方法であって、前記移動体の移動速度、前記駆動輪の回転速度、及び、前記モータが発生する実トルク値を取得する取得工程と;前記移動速度と前記回転速度とに基づいて推定した前記駆動輪のスリップ率と、前記回転速度、前記駆動輪の慣性モーメント及び前記実トルク値に基づいて推定された前記駆動輪の駆動トルクとに応じたリミテッドトルク値に基づいて、前記モータの動作に制限をかける制限工程と;前記回転速度を微分した値に前記駆動輪がスリップしていない仮想的な状態を表す特性値を乗じて得られる逆算トルク値と、前記実トルク値とに基づいて算出されたフィードバックトルク値により、前記モータの動作にフィードバックをかけるフィードバック工程と;を備えることを特徴とするトラクション制御方法である。
請求項10に記載の発明は、モータによって駆動される駆動輪を有する移動体のトラクション制御装置が有するコンピュータに、請求項9に記載のトラクション制御方法を実行させる、ことを特徴とするトラクション制御プログラムである。
請求項11に記載の発明は、モータによって駆動される駆動輪を有する移動体のトラクション制御装置が有するコンピュータにより読み取り可能に、請求項10に記載のトラクション制御プログラムが記録されている、ことを特徴とする記録媒体である
駆動輪モデルにおける変数を示す図である。 駆動時のスリップ率と摩擦係数との関係を示す図である。 トラクション制御を行わない場合のシミュレーション結果を示す図(その1)である。 トラクション制御を行わない場合のシミュレーション結果を示す図(その2)である。 本発明の第1実施形態に係るトラクション制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。 推定誤差割合a,bを説明するための図である。 図5の制御部の構成を示すブロック図である。 図7の制限部の構成を示すブロック図である。 スリップ率と、駆動トルク及びリミット値との関係(駆動時)を説明するための図である。 推定スリップ率及び推定駆動トルクに誤差がない場合のトラクション処理のシミュレーション結果を示す図(その1)である。
推定スリップ率及び推定駆動トルクに誤差がない場合のトラクション処理のシミュレーション結果を示す図(その2)である。 推定スリップ率及び推定駆動トルクに誤差がある場合のトラクション処理のシミュレーション結果を示す図である。 図12のシミュレーション結果に対応するスリップ率と、駆動トルク及びリミット値との関係を説明するための図である。 推定誤差割合a,bに基づいてリミッタ係数を算出した場合のスリップ率と、駆動トルク及びリミット値との関係を説明するための図である。 図7のフィードバック部の構成を示すブロック図である。 推定スリップ率及び推定駆動トルクに誤差がない場合における図5のトラクション制御装置によるトラクション制御のシミュレーション結果を示す図(その1)である。 推定スリップ率及び推定駆動トルクに誤差がない場合における図5のトラクション制御装置によるトラクション制御のシミュレーション結果を示す図(その2)である。 推定スリップ率及び推定駆動トルクに誤差がある場合における図5のトラクション制御装置によるトラクション制御のシミュレーション結果を示す図である。 リミッタ係数及びフィードバックゲインとの関係を第1実施形態の場合としたときのトラクション制御のシミュレーション結果を示す図(その1)である。 リミッタ係数及びフィードバックゲインとの関係を第1実施形態の場合としたときのトラクション制御のシミュレーション結果を示す図(その2)である。
リミッタ係数及びフィードバックゲインとの関係を第1実施形態の場合と異なるようにときのトラクション制御のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第2実施形態に係るトラクション制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図22の制御部の構成を示すブロック図である。 変形例の制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例に係るトラクション制御装置の構成を概略的に示すブロック図である。 図25のモータ駆動系における駆動制御部及び電流検出部の構成を説明するためのブロック図である。 図25のトラクション制御のための処理を説明するためのフローチャートである。 図27の駆動輪のそれぞれに対応するリミット値の算出の処理を説明するためのフローチャートである。 図27の駆動輪のそれぞれに対応するフィードバックトルク値の算出の処理を説明するためのフローチャートである。
100 …トラクション制御装置
110 …制御ユニット(移動速度取得部、回転速度取得部、
実トルク値取得部、制限部、フィードバック部、
トルク設定値算出部、共通トルク設定値算出部)
700A,700B…トラクション制御装置
710 …移動速度取得部
720 …回転速度取得部
730 …実トルク値取得部
741 …制限部
742 …フィードバック部
743A,743C…トルク設定値算出部
762 …スリップ率推定部
763 …駆動トルク推定部
764 …リミット値算出部
765 …リミッタ部
782 …共通トルク設定値算出部
以下、本発明の実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
[第1実施形態]
まず、本発明の第1実施形態について、図5〜図21を参照して説明する。
<構成>
図5には、第1実施形態に係るトラクション制御装置700Aの位置付け及び構成が、ブロック図にて示されている。
<トラクション制御装置700Aの位置付け>
図5に示されるように、トラクション制御装置700Aは、移動体MV内に配置される。この移動体MVには、トラクション制御装置700Aに加えて、トルク指令値生成部810、加速度検出部820、誤差推定部830及びモータ駆動系900が配置され、トラクション制御装置700Aに接続される。
上記のトルク指令値生成部810は、不図示のアクセル開度センサ、ブレーキ量センサ、ステアリング角度センサ等によるトルク指令値Tcの生成に利用される検出結果に基づいて、トルク指令値Tcを生成する。こうして生成されたトルク指令値Tcは、トラクション制御装置700Aへ送られる。
上記の加速度検出部820は、移動体MVの移動方向の加速度αを検出する。こうして検出された加速度αは、トラクション制御装置700Aへ送られる。
上記の誤差推定部830は、トラクション制御装置700Aにおいて推定されたスリップ率(以下、「推定スリップ率」という)λ、及び、推定された駆動トルク(以下、「推定駆動トルク」という)Tdのそれぞれの誤差範囲を推定する。そして、誤差推定部830は、推定駆動トルクTdの誤差範囲の下方側限界値の駆動トルクの真値に対する割合である推定誤差割合a(図6(A)参照)を算出する。また、誤差推定部830は、推定スリップ率λの誤差範囲の上方側限界値のスリップ率の真値に対する割合である誤差推定割b(図6(B)参照)を算出する。こうして算出された推定誤差割合a,bは、トラクション制御装置700Aへ送られる。
なお、誤差推定部830による推定誤差割合a,bの算出については、後述する。
上記のモータ駆動系900は、駆動制御部910と、インバータ920と、モータ930とを備えている。また、モータ駆動系900は、回転位置検出部940と、電流検出部950を備えている。
上記の駆動制御部910は、トラクション制御装置700Aから送られたトルク設定値Tsを受ける。そして、駆動制御部910は、トルク設定値Ts、回転位置検出部940により検出された回転位置θ、及び、電流検出部950により検出された検出電流値IDに基づいて、駆動電圧を算出する。例えば、モータ930が3相モータの場合には、駆動制御部910は、駆動電圧として、3相電圧を算出する。こうして算出された駆動電圧は、インバータ920へ送られる。
上記のインバータ920は、駆動制御部910から送られた駆動電圧を受ける。そして、インバータ920は、駆動電圧に対応する電流をモータ930に供給する。この結果、モータ930は、トルク設定値Tsに基づいてモータ回転運動を行い、駆動輪を回転させる。
上記の回転位置検出部940は、レゾルバ又はエンコーダを備えて構成されている。この回転位置検出部940は、モータ930の回転位置θを検出する。こうして検出された回転位置θは、トラクション制御装置700A、駆動制御部910及び電流検出部950へ送られる。
上記の電流検出部950は、モータ930を流れる電流値を検出する。例えば、モータ930が3相モータの場合には、電流検出部950は、モータ930を流れる3相電流のうちの少なくとも2種類の電流値を検出する。こうして検出された電流値は、検出電流値IDとして、トラクション制御装置700A及び駆動制御部910へ送られる。
《推定誤差割合a,bの算出》
ここで、誤差推定部830による推定誤差割合a,bの算出について説明する。
(推定誤差割合aの算出)
走行抵抗Fdrは、転がり抵抗、空気抵抗及び勾配抵抗の総和である。このため、坂道でなければ、走行抵抗Fdrは、転がり抵抗と空気抵抗の和となる。
転がり抵抗は、次の(6)式の通りとなる。
転がり抵抗=μr・M・g …(6)
ここで、μrは転がり抵抗係数であり、gは重力加速度である。
また、空気抵抗は、次の(7)式の通りとなる。
空気抵抗=ρ・C・S・v2/2 …(7)
ここで、ρは空気密度であり、Cは空気抵抗係数であり、Sは前面投影面積である。
このため、転がり抵抗は移動速度に依存せず一定であり、かつ、空気抵抗は速度の2乗に比例する。この結果、坂道でなければ、走行抵抗Fdrは、A,Bを定数として、次の(8)式で表される。
dr=A+B・v2 …(8)
そこで、アクセルペダルもブレーキペダルも踏まれていないときに惰性走行を行うようにすれば、その惰性走行中において上述した(2)式に基づいて得られる走行抵抗Fdrの移動速度vに応じた変化に基づいて、定数A,Bを、最小二乗法により推定することができる。なお、定数A,Bを推定する際の移動速度としては、惰性走行においては、全ての駆動輪が駆動も制動も行われていない状態となっているので、スリップは生じないため、駆動輪の車輪速度(=r・ω)が採用される。
こうして、定数A,Bが推定された後、弱い制動トルクによる擬似エンジンブレーキを、例えば、4輪車の前輪か後輪のいずれかに行う。そして、制動トルクをかけていない駆動輪の車輪速度(=r・ω)を車体速度vとして、(8)式より走行抵抗Fdrを算出する。引き続き、(2)式の関係を利用して、駆動力Fdを算出した後、駆動トルクの真値(=r・Fd)を算出することができる。
誤差推定部830は、上記の方法により駆動トルクの真値を算出する。引き続き、誤差推定部830は、当該駆動トルクの真値と、トラクション制御装置700Aにおいて、(3)式の関係を利用して推定されている推定駆動トルクTdとを比較し、推定駆動トルクTdの誤差範囲を求める、そして、誤差推定部830は、求められた推定駆動トルクTdの誤差範囲の範囲を推定したうえで、推定誤差割合aを算出する。
(推定誤差割合bの算出)
電気自動車の走行中にアクセルペダルやブレーキペダルの踏み込みがない場合、惰性運転にするか、あるいは、弱い制動トルクによる擬似エンジンブレーキをかける制御が行われるのが一般的である。そこで、4輪駆動車であったとしても、擬似エンジンブレーキをかけている間は、少なくても前輪か後輪のいずれかの駆動輪は制動トルクをかけないように設定することにより、その駆動輪の車輪速度(=r・ω)から移動速度の真値が算出できる。
誤差推定部830は、上記の方法により移動速度の真値を算出する。引き続き、誤差推定部830は、当該移動速度の真値と、トラクション制御装置700Aにおいて、加速度αを時間積分して取得されている移動速度vを比較し、移動速度vの誤差範囲を求める、そして、誤差推定部830は、求められた移動速度vの誤差範囲に基づいて、推定スリップ率λの推定誤差の範囲を推定したうえで、推定誤差割合bを算出する。
上記のような方法により、平坦路を走行中にアクセルペダルやブレーキペダルの踏み込みがない場合に、推定誤差割合a,bを算出することができる。これらの推定誤差割合a,bは、一旦求めたら、常に算出する必要はないが、算出頻度を高くできれば時間的な変化に対応できるようになる。
<トラクション制御装置700Aの構成>
図5に示されるように、トラクション制御装置700Aは、移動速度取得部710と、回転速度取得部720と、実トルク値取得部730と、制御部740Aとを備えている。
上記の移動速度取得部710は、加速度検出部820から送られた加速度αを受ける。そして、移動速度取得部710は、加速度αの時間積分を行って、移動速度vを取得する。こうして取得された移動速度vは、制御部740A及び誤差推定部830へ送られる。
上記の回転速度取得部720は、回転位置検出部940から送られた回転位置θを受ける。そして、回転速度取得部720は、回転位置θの時間微分を行って、回転速度ωを取得する。こうして取得された回転速度ωは、制御部740A及び誤差推定部830へ送られる。
上記の実トルク値取得部730は、電流検出部950から送られた検出電流値IDを受ける。引き続き、実トルク値取得部730は、検出電流値IDに基づいてモータ電流値Imを算出する。なお、モータ電流値Imは検出電流値IDの大きさを示しており、Im=|ID|である。
次に、実トルク値取得部730は、上述した(1)式を利用して実トルク値Tmを算出することにより、実トルク値Tmを取得する。こうして取得された実トルク値Tmは、制御部740Aへ送られる。
上記の制御部740Aは、トルク指令値生成部810から送られたトルク指令値Tc、及び、誤差推定部830から送られた推定誤差割合a,bを受ける。引き続き、制御部740Aは、移動速度v、回転速度ω及び実トルク値Tmに基づいて、トルク指令値Tcに対してトルク制御を行って、トルク設定値Tsを算出する。そして、制御部740Aは、算出されたトルク設定値Tsを駆動制御部910へ送る。
なお、制御部740Aは、トラクション制御を行うべき旨が指定されていない場合には、トルク指令値Tcを、トルク設定値Tsとして、駆動制御部910へ送るようになっている。
また、制御部740Aは、推定駆動トルクTdを誤差推定部830へ送る。なお、制御部740Aは、トラクション制御を行うべき旨の指定の有無にかかわらず、推定駆動トルクTdの算出を行い、算出された推定駆動トルクTdを誤差推定部830へ送るようになっている。
かかる機能を有する制御部740Aは、図7に示されるように、制限部741と、フィードバック部742とを備えている。また、制御部740Aは、トルク設定値算出部743Aを備えている。
上記の制限部741は、トルク指令値生成部810から送られたトルク指令値Tc、及び、誤差推定部830から送られた推定誤差割合a,bを受ける。そして、制限部741は、移動速度v、回転速度ω及び実トルク値Tmに基づいて、トルク指令値Tcに対してリミッタ制御を行って、リミテッドトルク値TLを算出する。そして、制限部741は、算出されたリミテッドトルク値TLをトルク設定値算出部743Aへ送る。
なお、制限部741は、トラクション制御を行うべき旨が指定されていない場合には、トルク指令値Tcを、リミテッドトルク値TLとして、トルク設定値算出部743Aへ送るようになっている。
また、制限部741は、リミテッドトルク値TLの算出の中間段階で算出されたリミッタ係数k、及び、回転速度ωの時間微分値(dω/dt)をフィードバック部742へ送る。さらに、制限部741は、リミテッドトルク値TLの算出の中間段階で算出された推定駆動トルクTdを誤差推定部830へ送る。
なお、制限部741は、トラクション制御を行うべき旨の指定の有無にかかわらず、推定駆動トルクTdの算出を行い、算出された推定駆動トルクTdを誤差推定部830へ送る。
かかる機能を有する制限部741の構成の詳細については、後述する。
上記のフィードバック部742は、制限部741から送られたリミッタ係数k、及び、回転速度ωの時間微分値(dω/dt)、並びに、実トルク値取得部730から送られた実トルク値Tmを受ける。そして、フィードバック部742は、リミッタ係数k、当該時間微分値(dω/dt)及び実トルク値Tmに基づいて、フィードバックトルク値Tfを算出する。そして、フィードバック部742は、算出されたフィードバックトルク値Tfをトルク設定値算出部743Aへ送る。なお、フィードバック部742は、トラクション制御を行うべき旨が指定されていない場合には、フィードバックトルク値Tfとして、「0[Nm]」をトルク設定値算出部743Aへ送るようになっている。
なお、フィードバック部742の構成の詳細については、後述する。
上記のトルク設定値算出部743Aは、減算部751を備えて構成される。このトルク設定値算出部743Aは、制限部741から送られたリミテッドトルク値TL、及び、フィードバック部742から送られたフィードバックトルク値Tfを受ける。そして、トルク設定値算出部743Aは、次の(9)式により、トルク設定値Tsを算出し、算出されたトルク設定値Tsをモータ駆動系900へ送る。
s=TL−Tf …(9)
《制限部741の構成》
次に、上述した制限部741の構成について説明する。
制限部741は、図8に示されるように、リミッタ係数算出部761と、スリップ率推定部762と、駆動トルク推定部763とを備えている。また、制限部741は、リミット値算出部764と、リミッタ部765とを備えている。
リミッタ係数算出部761は、誤差推定部830から送られた推定誤差割合a,bを受ける。そして、リミッタ係数算出部761は、推定誤差割合a,bに基づいて、リミッタ係数kを算出する。こうして算出されたリミッタ係数kは、リミット値算出部764及びフィードバック部742へ送られる。
なお、リミッタ係数算出部761によるリミッタ係数kの算出処理については、後述する。
上記のスリップ率推定部762は、移動速度取得部710から送られた移動速度v、及び、回転速度取得部720から送られた回転速度ωを受ける。そして、スリップ推定部762は、上述した(5)式により、推定スリップ率λを算出することにより、スリップ率推定を行う。こうして算出された推定スリップ率λは、リミット値算出部764へ送られる。
上記の駆動トルク推定部763は、回転速度取得部720から送られた回転速度ω、及び、実トルク値取得部730から送られた実トルク値Tmを受ける。引き続き、駆動トルク推定部763は、上述した(3)式を変形した次の(10)式により得られる値を、ローパスフィルタ(LPF)を介させて、推定駆動トルクTdを算出することにより、駆動トルク推定を行う。
d=Tm−Jw・(dω/dt) …(10)
こうして算出された推定駆動トルクTdは、リミット値算出部764及び誤差推定部830へ送られる。
また、駆動トルク推定部763は、(10)式による推定駆動トルクTdの算出の途中段階で算出される回転速度ωの時間微分値(dω/dt)を、フィードバック部742へ送る。
上記のリミット値算出部764は、スリップ率推定部762から送られた推定スリップ率λ、及び、駆動トルク推定部763から送られた推定駆動トルクTdを受ける。また、リミット値算出部764は、リミッタ係数算出部761から送られたリミッタ係数kを受ける。そして、リミット値算出部764は、リミッタ係数k、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdに基づいて、リミット値Lを算出する。こうして算出されたリミット値Lは、リミッタ部765へ送られる。
なお、第1実施形態では、次の(11)式により、リミット値Lを算出する。
L=Td・(p+k/λ) …(11)
ここで、定数pは、適切なトラクション制御を行うとの観点から、実験、シミュレーション等により、予め定められる。
上記のリミッタ部765は、トルク指令値生成部810から送られたトルク指令値Tcを受ける。そして、リミッタ部765は、リミット値算出部764から送られたリミット値Lに従って、トルク指令値Tcに対してリミッタ制御を行って、リミテッドトルク値TLを算出する。
かかるリミッタ制御に際して、トラクション制御をすべき旨が指定されていない場合、及び、トルク指令値Tcがリミット値L以下の場合には、リミッタ部765は、トルク指令値Tcをリミテッドトルク値TLとする。また、トラクション制御をすべき旨が指定されており、かつ、トルク指令値Tcがリミット値Lよりも大きな場合には、リミッタ部765は、リミット値Lをリミテッドトルク値TLとする。こうして算出されたリミテッドトルク値TLは、トルク設定値算出部743Aへ送られる。
(リミッタ係数の算出処理)
ここで、上述したリミッタ係数算出部761によるリミッタ係数kの算出処理について説明する。
((移動体のスリップ現象と駆動トルクの関係))
ここで、移動体のスリップ現象と駆動トルクの関係について述べる。
上述した(3),(4)式より、Td=r・Fd=r・μ・Nの関係が成り立つ。このため、駆動輪の半径rと垂直抗力Nに変化が無ければ、図9において細線で示されるように、スリップ率と駆動トルクとは、図2におけるスリップ率と摩擦係数との関係と同様となる。走行中の現在の駆動トルクの値に比べて、実トルク値Tmが大きいと、(3)式からわかるように回転速度ωが増加し、(5)式で示されるスリップ率も増加する。
こうした場合、スリップ率の値によって動作が異なる。スリップ率が「0.2」以下であれば、図9に示されるように駆動トルクも増加するので、駆動力Fdが増加する。このため、空気抵抗等によるFdrの変化が小さければ、(2)式により示されるように、移動速度vも増加する。よって、(5)式で表されるスリップ率の増加が緩和されるため安定に走行できる。しかし、スリップ率が「0.2」を超えてしまうと,図9に示されるように、駆動トルクが増加しないので、駆動力Fdも増加せず、(2)式における移動速度vが増加しない。この結果、(5)式で表されるスリップ率の増加が進行してしまい、更にスリップ率が大きくなるため、走行が不安定になる。
これは、駆動トルクの最大値と実トルク値Tmとの関係によって、どちらの動作になるかが決まる。駆動トルクの最大値よりも実トルク値Tmが余裕を持って小さければ、安定走行を維持できる。一方、駆動トルクの最大値よりも実トルク値Tmが多少大きな値のときに、不安定領域に入ってしまうのである。
(11)式により求められるリミット値Lの算出例が、図9に示されている。かかるリミット値Lによりトルク指令値Tcに対してリミッタ処理を施したリミテッドトルク値TLをトルク設定値Tsとした場合、スリップ率λが大きいほど、リミット値Lを駆動トルクに近い値とするとともに、スリップ率が小さいほど、リミット値Lを駆動トルクから離れた値とすることができる。
したがって、推定スリップ率λが大きくなるほど、現在の推定駆動トルクTdに近い値にトルク設定値Tsが制限される。また、推定スリップ率λが小さくなるほど、トルク制限が弱くなるため、現在の推定駆動トルクTdよりも大きなトルク設定値Tsが許可される。
なお、推定スリップ率λが大きいほど、リミット値Lを推定駆動トルクTdに近い値とするため、定数pは、「1」に近い値とすることが好ましい。そこで、第1実施形態では、定数pとして「1」を採用した、次の(12)式により、リミット値Lを算出する。
L=Td・(1+k/λ) …(12)
また、リミッタ係数kを小さくするほど、強いリミッタをかけることができるため、推定スリップ率λが大きくなると強いトルク制限がかかり、結果としてスリップ率の増加を抑えることができる。しかし、推定スリップ率λが小さく安定領域内であれば、必要以上にトルク制限をかけたくないため、リミッタ係数kを小さくしすぎることは好ましくない。
(12)式において、リミッタ係数kを「0.01」とした場合のリミテッドトルク値TLをトルク設定値Tsとした場合のアンチスリップ性能についての駆動時のシミュレーション結果が、図10,11に示されている。なお、当該シミュレーションの条件としては、上述したリミッタ制御を行わない場合のシミュレーションと同様に、4輪駆動の電気自動車であって、車重:1800[kg]、駆動輪WHの慣性モーメント:1.2[kg・m2]及びモータのトルク応答:5[ms]という条件を採用した。また、時刻t1において乾燥路面から凍結路面に変化し、時刻t2(>t1)において凍結路面から乾燥路面に変化することを想定して、シミュレーションを行った。
なお、図10,11(後述する図12,16〜21においても同様)には、リミッタ制御を行わない場合のシミュレーション結果として、上述した図3,4で示した車体速度v、車輪速度(r・ω)、スリップ率及び摩擦係数に加えて、算出されたリミット値L、推定駆動トルクTd、トルク設定値Ts及びリミテッドトルク値TLのシミュレーション結果が示されている。ここで、算出されたリミット値L(図10〜12,16〜21においては「算出リミット値L」と記す)、トルク設定値Ts及びリミテッドトルク値TLについては、トルク指令値Tcとの比較が容易となるような図示となっている。
図10,11により総合的に示されるように、乾燥路面でのリミット値Lはトルク指令値Tcよりも大きいため、トルク設定値Tsは制限されない。凍結路面に入ると,リミット値Lはトルク設定値Tsより低下するので、リミット値Lで瞬時に制限されたトルク設定値Tsとなる。この結果、スリップ率λの増加が抑制できていることが確認できる。すなわち、乾燥路面での十分な加速と、凍結路面でのスリップを防止した走行とが両立できることが確認できる。
(スリップ率及び駆動トルクの推定誤差の影響)
次に、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdの推定誤差のアンチスリップ性能への影響について説明する。
図12には、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdに推定誤差が含まれていた場合のシミュレーション結果が、誤差がない場合の比較例とともに示されている。なお、当該シミュレーションの条件は、上述した図11(C)の場合と同様である。
図12に示されるように、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdに誤差が含まれていると、乾燥路面でもリミッタ制御が行われて、トルク設定値Tsが低下してしまっていたり、凍結路面でのスリップ率の増加の抑制が不十分となってしまったりしている。したがって、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdの推定誤差が大きいと、トラクション制御の性能が悪化してしまうことがわかる。
図13には、リミット値Lの算出に用いる推定スリップ率λや推定駆動トルクTdに誤差が含まれている場合におけるリミット値Lの算出結果が、誤差がない場合の比較例とともに示されている。リミット値Lの算出に用いる推定スリップ率λや推定駆動トルクTdに誤差が含まれている場合には、図13(B)に示されるように、駆動トルクよりも小さいリミット値でリミットされるため、必要なトルクが得られなくなることがある。また、図13(C)に示されるように、駆動トルクに対してゆるすぎるリミット値でリミットされるため、滑りやすい路面でのトルク低減が不十分となってしまう。こうした現象の発生は、上述したように図12に示したシミュレーション結果にも現れている。
(リミッタ係数の算出)
以上の推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdの推定誤差の影響を考慮し、第1実施形態では、リミッタ係数算出部761が、リミッタ係数kを、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdの推定誤差に応じて算出するようにしている。
かかるリミッタ係数kの算出に際して、リミッタ係数算出部761は、誤差推定部830から送られた推定誤差割合a,bを取得する。この推定誤差割合a,bの誤差がある場合には、リミット値Lは、次の(13)式により算出される。
L=a・Td・(1+k/(b・λ)) …(13)
この(13)式では、推定スリップ率λはスリップ率の真値のb倍、推定駆動トルクTdは駆動トルクの真値のa倍として、誤差を含んだリミット値Lが算出される。
(13)式が上述の(12)式と等しくなる条件は、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdの推定誤差がない場合のリミッタ係数を「k*」と記すと、次の(14)式の通りとなる。
a・Td・(1+k/(b・λ))=Td・(1+k*/λ) …(14)
(14)式からリミッタ係数kを求めると、次の(15)式の通りとなる。
k=k*・(b/a)+λ・((b/a)−b) …(15)
ここで、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdの推定誤差がない場合には、上述した図10,11におけるシミュレーション結果により示されるように、「0.01」がリミッタ係数k*の適正値となっている。また、スリップ率については、上述した図2に示されるように、「0.2」が安定領域と不安定領域との境界(すなわち、摩擦係数が最大となるスリップ率)となっている。そこで、第1実施形態では、リミッタ係数算出部761は、次の(16)式により、リミット値算出部764へ供給するリミッタ係数kを算出するようにしている。
k=0.01・(b/a)+0.2・((b/a)−b) …(16)
なお、(16)式は,k*=0.01,λ=0.2を(15)式に代入して求められる。
この(16)式で算出したリミッタ係数kを採用した場合に、(12)式により算出されたリミット値Lの例が、図14に示されている。図14(B)に示されるように、図13(B)の場合と異なり、スリップ率が「0.2」以下の場合においてリミット値Lが小さくなりすぎておらず、必要以上に強いリミッタにはなっていない。つまり、推定スリップ率λや推定駆動トルクTdに推定誤差が含まれていても、安定領域では必要以上に強いリミッタになることを回避することができている。
なお、図14(B)に示される場合と誤差の方向が逆である図14(C)の場合には、弱いリミッタとなってしまう。この点については、制限部741による適応型リミッタ処理と、後述するフィードバック部742により行われるフィードバック処理とを併用することにより、克服されるようになっている。
《フィードバック部742の構成》
次に、上述したフィードバック部742の構成について説明する。
フィードバック部742は、図15に示されるように、粘着モデル部771と、減算部772と、ローパスフィルタ(LPF)部773とを備えている。また、フィードバック部742は、フィードバックゲイン算出部774と、乗算部775とを備えている。
上記の粘着モデル部771は、「Pn -1=Jw+M・r」として表される伝達関数として示すことができる。この粘着モデル部771は、制限部741から送られた回転速度ωの時間微分値(dω/dt)を受ける。そして、粘着モデル部771は、駆動輪にスリップが生じない仮想的なモデルである粘着モデルに従って、当該時間微分値(dω/dt)に対応するトルク値Tnを、次の(17)式により算出し、算出されたトルク値Tnを減算部772へ送る。
n=Pn -1・(dω/dt) …(17)
なお、トルク値Tnは、回転速度ωから粘着モデルを用いて逆算されるため、以下においては、トルク値Tnを、「逆算トルク値Tn」とも記す。
上記の減算部772は、粘着モデル部771から送られた逆算トルク値Tn、及び、実トルク取得部730から送られた実トルク値Tmを受ける。そして、減算部772は、次の(18)式により差分トルク値Thを算出し、算出された差分トルク値ThをLPF部773へ送る。
h=Tn−Tm …(18)
上記のLPF部773は、減算部772から送られた差分トルク値Thを受ける。そして、LPF部773は、差分トルク値Thに対してフィルタリング処理を施してフィルタ後トルク値Tafを算出し、算出されたフィルタ後トルク値Tafを乗算部775へ送る。
上記のフィードバックゲイン算出部774は、制限部741から送られたリミッタ係数kを受ける。そして、フィードバックゲイン算出部774は、予め定められた定数cを利用して、次の(19)式により、フィードバックゲインkpを算出し、算出されたフィードバックゲインkpを乗算部775へ送る。
p=c・k …(19)
なお、定数cについては、後述する。
上記の乗算部775は、LPF部773から送られたフィルタ後トルク値Taf、及び、フィードバックゲイン算出部774から送られたフィードバックゲインkpを受ける。そして、乗算部775は、次の(20)式により、フィードバックトルク値Tfを算出し、算出されたフィードバックトルク値Tfをトルク設定値算出部743Aへ送る。
f=kp・Taf …(20)
(定数cについて)
ここで、フィードバックゲイン算出部774がフィードバックゲインkpの算出に際して利用する定数cについて説明する。
第1実施形態では、上述したように、制限部741において算出されたリミッタ係数kの値に応じてフィードバックゲインkpを、上述した(19)式により算出している。このため、リミッタ係数kが小さくて強いリミッタの場合は、フィードバックゲインkpが小さくて弱いフィードバック制御となる。一方、リミッタ係数kが大きく弱いリミッタの場合は、フィードバックゲインkpが大きくて強いフィードバック制御となる。
こうした制限部741における適応型リミッタ制御によるトルク低減と、フィードバック部742を利用したモデル追従制御でのトルク低減という2種類のトルク低減を経たものが適切なトルク設定値となるように検討した結果、定数cを「10」とする次の(21)式により、フィードバックゲインkpを算出することが、最適であることが見出された。
p=10・k …(21)
図16,17には、(21)式を用いてフィードバックゲインkpを算出した場合のアンチスリップ性能のシミュレーション結果が示されている。なお、当該シミュレーションの条件は、上述した図10,11の場合と同様であり、k=0.075,kp=0.75としている。
図16,17に示されるように、凍結路面の場所でリミッタがかかり、さらにトルク低減される。この結果、トルク設定値Tsが適切に設定されることにより、スリップ率の上昇が抑制されて、駆動輪の空転が防止される。
図18には、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdに誤差が含まれている場合に、(21)式を用いてフィードバックゲインkpを算出したときにおけるアンチスリップ性能のシミュレーション結果が、誤差がない場合の比較例とともに示されている。図18と図12とを比較してわかるように、(21)式を用いてフィードバックゲインkpを算出したときには、推定スリップ率λ及び推定駆動トルクTdに誤差が含まれていても、誤差が無いときのスリップ抑制と近い結果が得られている。なお、当該シミュレーションの条件は、上述した図12の場合と同様である。
図19,20には、(21)式の関係を満たすリミッタ係数kとフィードバックゲインkpとの組み合わせのいくつかについてのアンチスリップ性能のシミュレーション結果が示されている。図19,20からわかるように、トルク指令値Tcからリミテッドトルク値TLへの低減、及び、リミテッドトルク値TLからトルク設定値Tsへの低減という2段階の低減が行われる。そして、リミッタ係数kとフィードバックゲインkpとの組み合わせの種類にかかわらず、最終的には同程度のトルク設定値Tsとなり、スリップ率も同程度となっている。なお、当該シミュレーションの条件は、上述した図11(C)の場合と同様である。
比較のために、(21)式の関係を満たさないリミッタ係数kとフィードバックゲインkpとの組み合わせのいくつかについてのアンチスリップ性能のシミュレーション結果が、図21(A),(B)に示されている。図21(A),(B)に示されるように、(21)式の関係を満たさない場合には、トルク低減が強すぎて乾燥路面でのトルクが低下してしまったり、スリップ抑制が不十分であったりしてしまう。
また、図21(C)には、フィードバックゲインkpを「10」という大きな値とした場合のアンチスリップ性能のシミュレーション結果が示されている。図21(C)に示されるように、この場合には、凍結路面におけるスリップ率の抑制はできている。しかしながら、破線丸で囲まれた部分におけるトルク設定値Tsの変化からわかるように、乾燥路面において、トルク設定値Tsが大きく減少するようになってしまう。
なお、図21の結果を得たシミュレーションの条件は、上述した図11(C)の場合と同様である。
<動作>
次に、上記のように構成されたトラクション制御装置700Aの動作について、トラクション制御を行うべき旨が指定されている場合の制御部740Aにおける処理(以下、「トラクション制御モード処理」ともいう)に主に着目して説明する。
なお、トルク指令値生成部810、加速度検出部820、誤差推定部830及びモータ駆動系900は、既に動作を開始しており、トルク指令値Tc、加速度α、推定誤差割合a,b、回転位置θ及び検出電流値IDが、逐次、トラクション制御装置700Aへ送られているものとする(図5参照)。
トラクション制御装置700Aでは、移動速度取得部710が、加速度検出部820から送られた加速度αの時間積分を行って、移動速度vを取得する。そして、移動速度取得部710は、取得された移動速度vを制御部740A及び誤差推定部830へ逐次送る(図5参照)。
また、回転速度取得部720が、回転位置検出部940から送られた回転位置θの時間微分を行って、回転速度ωを取得する。そして、回転速度取得部720は、取得された回転速度ωを制御部740A及び誤差推定部830へ逐次送る(図5参照)。
また、実トルク値取得部730が、電流検出部950から送られた検出電流値IDに基づいて実トルク値Tmを算出することにより、実トルク値Tmの取得を行う。そして、実トルク値取得部730は、取得された実トルク値Tmを制御部740Aへ逐次送る(図5参照)。
《トラクション制御モード処理》
トラクション制御モード処理では、制御部740Aにおいて、制限部741が、リミテッドトルク値TLを算出する。
リミテッドトルク値TLの算出に際しては、リミッタ係数算出部761が、誤差推定部830から送られた推定誤差割合a,bに基づいて、上述した(16)式により、リミッタ係数kを算出する。そして、リミッタ係数算出部761は、算出されたリミッタ係数kをリミット値算出部764及びフィードバック部742へ送る(図8参照)。
また、スリップ率推定部762が、移動速度取得部710から送られた移動速度v、及び、回転速度取得部720から送られた回転速度ωに基づいて、上述した(5)式により、推定スリップ率λを算出することにより、スリップ率推定を行う。そして、スリップ率推定部762は、推定スリップ率λを、リミット値算出部764へ逐次送る(図8参照)。
また、駆動トルク推定部763が、回転速度取得部720から送られた回転速度ω、及び、実トルク値取得部730から送られた実トルク値Tmに基づいて、上述した(10)式により得られる値を、ローパスフィルタ(LPF)を介させて、推定駆動トルクTdを算出することにより、駆動トルク推定を行う。そして、駆動トルク推定部763は、推定駆動トルクTdをリミット値算出部764及び誤差推定部830へ逐次送る(図8参照)。
なお、駆動トルク推定部763は、推定駆動トルクTdの算出の途中段階で算出された回転速度ωの時間微分値(dω/dt)をフィードバック部742へ送る(図8参照)。
リミット値算出部764は、リミッタ係数算出部761から送られたリミッタ係数k、スリップ率推定部762から送られた推定スリップ率λ、及び、駆動トルク推定部763から送られた推定駆動トルクTdに基づいて、上述した(11)式により、リミット値Lを算出する。そして、リミット値算出部764は、算出されたリミット値Lをリミッタ部765へ逐次送る(図8参照)。
リミッタ部765は、リミット値算出部764から送られたリミット値Lに基づいて、上述したようにして、トルク指令値Tcに対してリミッタ制御を行って、リミテッドトルク値TLを算出する。そして、リミッタ部765は、算出されたリミテッドトルク値TLをトルク設定値算出部743Aへ逐次送る(図8参照)。
かかる制限部741におけるリミテッドトルク値TLの算出と並行して、フィードバック部742が、フィードバックトルク値Tfを算出する。
フィードバックトルク値Tfの算出に際しては、粘着モデル部771が、制限部741から送られた回転速度ωの時間微分値(dω/dt)に基づいて、上述した(17)式により、逆算トルク値Tnを算出する。そして、粘着モデル部771は、算出された逆算トルク値Tnを減算部772へ送る(図15参照)。
引き続き、減算部772が、粘着モデル部771から送られた逆算トルク値Tn、及び、実トルク取得部730から送られた実トルク値Tmに基づいて、上述した(18)式により差分トルク値Thを算出する。そして、減算部772は、算出された差分トルク値ThをLPF部773へ送る(図15参照)。
次に、LPF部773が、減算部772から送られた差分トルク値Thに対してフィルタリング処理を施してフィルタ後トルク値Tafを算出する。そして、LPF部773は、算出されたフィルタ後トルク値Tafを乗算部775へ送る(図15参照)。
かかるフィルタ後トルク値Tafの算出と並行して、フィードバックゲイン算出部774が、制限部741から送られたリミッタ係数kに基づいて、上述した(21)式により、フィードバックゲインkpを算出する。そして、フィードバックゲイン算出部774は、算出されたフィードバックゲインkpを乗算部775へ送る。
次いで、乗算部775が、LPF部773から送られたフィルタ後トルク値Taf、及び、フィードバックゲイン算出部774から送られたフィードバックゲインkpに基づいて、上述した(20)式により、フィードバックトルク値Tfを算出する。そして、乗算部775は、算出されたフィードバックトルク値Tfをトルク設定値算出部743Aへ送る。
制限部741から送られたリミテッドトルク値TL、及び、フィードバック部742から送られたフィードバックトルク値Tfを受けたトルク設定値算出部743Aは、上述した(9)式により、トルク設定値Tsを算出する。そして、トルク設定値算出部743Aは、算出されたトルク設定値Tsをモータ駆動系900へ送る(図7参照)。
《非トラクション制御モード処理》
非トラクション制御モード処理では、制限部741のリミッタ部765が、トルク指令値Tcをリミテッドトルク値TLとして、トルク設定値算出部743Aへ送る。なお、非トラクション制御モード処理の場合にも、制限部741の駆動トルク推定部763は、推定駆動トルクTdの算出を行い、算出された推定駆動トルクTdを誤差推定部830へ送る。
また、非トラクション制御モード処理では、フィードバック部742が、フィードバックトルク値Tfを「0」として、トルク設定値算出部743Aへ送る。
この結果、トルク設定値算出部743Aにより算出されるトルク設定値Tsは、トルク指令値Tcと同一となる。このため、非トラクション制御モード処理では、制御部740Aからは、トルク設定値Tsとして、トルク指令値Tcがそのまま、モータ駆動系900へ送られる。
モータ駆動系900では、トラクション制御装置700Aから送られたトルク設定値Tsに基づいて、トルク設定値Tsに対応する電流をモータ930に供給する。この結果、モータ930は、トルク設定値Tsに対応するトルク値で駆動される。
以上説明したように、第1実施形態では、モータ930によって駆動される駆動輪を有する移動体MVの移動速度v、移動体MVの駆動輪の回転速度ω、及び、モータ930が発生する実トルク値Tmを取得する。ここで、移動速度v、回転速度ω及び実トルク値Tmは、迅速な取得が可能である。
引き続き、制御部740Aにおける制限部741が、移動速度v及び回転速度ωに基づいて、迅速な演算が可能な(5)式を利用して駆動輪の推定スリップ率λを推定する。また、制限部741が、回転速度ω及び実トルク値Tmに基づいて、迅速な演算が可能な(10)式を利用して駆動輪の推定駆動トルクTdを推定する。
次に、制限部741が、推定スリップ率λと推定駆動トルクTdとに基づいて、迅速な演算が可能な(11)式を利用して、トルク指令値Tcに対するリミット値Lを算出する。そして、制限部741は、リミット値Lを用いてトルク指令値Tcに対する制限処理を行って、リミテッドトルク値TLを算出する。
かかるリミテッドトルク値TLの算出と並行して、制御部740Aにおけるフィードバック部742が、各時点の回転速度ωの時間微分値(dω/dt)及び実トルク値Tmに基づいて、迅速な演算が可能な(17),(18),(20),(21)式を適宜利用してフィードバックトルク値Tfを算出する。なお、フィードバック部742は、粘着モデルに基づいて、フィードバックトルク値Tfを算出する。
引き続き、トルク設定値算出部743Aが、リミテッドトルク値TL及びフィードバックトルク値Tfに基づいて、(9)式により、トルク設定値Tsを算出する。そして、トルク設定値算出部743Aが、算出されたトルク設定値Tsをモータ駆動系900へ送る。
このため、第1実施形態によれば、制限部741のフィードフォワード制御によるトルク設定値Tsの制限と、フィードバック部742のフィードバック制御とによるトルク設定値Tsの低減が行われる。したがって、第1実施形態によれば、凍結路面でのスリップ率λの増大防止と、乾燥路面での十分なトルク出力とを両立することができる。
また、第1実施形態では、リミッタ係数kを、推定駆動トルクTdの推定誤差割合aと、推定スリップ率λの推定誤差割合bとに基づいて、(16)式により算出する。そして、フィードバック部742におけるフィードバックゲインkpを、(21)式により算出する。このため、推定駆動トルクTd及び推定スリップ率λに誤差が含まれる場合であっても、適切なトラクション制御を行うことができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を、図22及び図23を主に参照して説明する。
図22には、第2実施形態に係るトラクション制御装置700Bの構成及び位置付けが示されている。この図22に示されるように、トラクション制御装置700Bは、互いに独立に駆動可能な4つの駆動輪である左前側駆動輪WHFL、右前側駆動輪WHFR、左後側駆動輪WHRL及び右後側駆動輪WHRRの4個の駆動輪を有する移動体MV内に配置される。
移動体MVには、トラクション制御装置700Bに加えて、トルク指令値生成部810、加速度検出部820、誤差推定部830及びモータ駆動系900FL〜900RRが配置されている。ここで、モータ駆動系900j(j=FL〜RR)のそれぞれは、上述した第1実施形態において説明したモータ駆動系900と同様に構成されている。
すなわち、モータ駆動系900jは、上述した駆動制御部910と同様の機能を有する駆動制御部910jと、上述したインバータ920と同様の機能を有するインバータ920jと、上述したモータ930と同様の機能を有するモータ930jとを備えている。また、モータ駆動系900jは、上述した回転位置検出部940と同様の機能を有する回転位置検出部940jと、上述した電流検出部950と同様の機能を有する電流検出部950jを備えている。
ここで、駆動制御部910jは、トラクション制御装置700Bから送られたトルク設定値CTs,j、回転位置検出部940jにより検出された回転位置θj、及び、電流検出部950jにより検出された検出電流値ID,jに基づいて、駆動電圧を算出する。そして、駆動制御部910jは、算出された駆動電圧を、インバータ920jへ送る。
また、回転位置検出部940jは、モータ930jの回転位置θjを検出する。そして、回転位置検出部940jは、検出された回転位置θjを、トラクション制御装置700B及び駆動制御部910jへ送る。
また、電流検出部950jは、モータ930jを流れる電流値を検出する。そして、電流検出部950jは、検出された電流値を、検出電流値ID,jとして、トラクション制御装置700B及び駆動制御部910jへ送る。
なお、トルク指令値生成部810からは、4個の駆動輪WHFL〜WHRRに対応して、トルク指令値Tc,FL〜Tc,RRが、トラクション制御装置700Bへ送られる。
また、誤差推定部830は、4個の駆動輪WHFL〜WHRRに対応して、推定誤差割合aFL〜aRR及び推定誤差割合bFL〜bRRを推定し、推定結果をトラクション制御装置700Bへ送る。
<トラクション制御装置700Bの構成>
図22に示されるように、トラクション制御装置700Bは、上述した第1実施形態のトラクション制御装置700Aと比べて、制御部740Aに代えて制御部740Bを備える点が異なっている。以下、この相違点に主に着目して説明する。
なお、第2実施形態における回転速度取得部720は、回転位置検出部940jから送られた回転位置θjを受ける。そして、回転速度取得部720は、回転位置θの時間微分を行って、回転速度ωjを取得する。こうして取得された回転速度ωjは、制御部740B及び誤差推定部830へ送られる。
また、第2実施形態における実トルク値取得部730は、電流検出部950jから送られた検出電流値ID,jを受ける。引き続き、実トルク値取得部730は、検出電流値ID,jに基づいてモータ電流値Im,jを算出する。なお、モータ電流値Im jは検出電流値ID,jの大きさを示しており、Im,j=|ID,j|である。
次に、実トルク値取得部730は、上述した(1)式を利用して実トルク値Tm,jを算出することにより、実トルク値Tm,jを取得する。こうして取得された実トルク値Tm,jは、制御部740Bへ送られる。
上記の制御部740Bは、図23に示されるように、個別制御部781FL〜781RRと、共通トルク設定値算出部782とを備えている。
上記の個別制御部781j(j=FL〜RR)のそれぞれは、上述した制御部740Aと同様に構成される。個別制御部781jは、トルク指令値生成部810から送られたトルク指令値Tc,j、及び、誤差推定部830から送られた推定誤差割合aj,bjを受ける。引き続き、個別制御部781jは、移動速度v、回転速度ωj及び実トルク値Tm,jに基づいて、トルク指令値Tc,jに対してリミッタ制御を行ってリミテッドトルク値TL,jを算出する。また、個別制御部781jは、実トルク値Tm,j、並びに、リミテッドトルク値TL,jの算出の途中段階で得られた回転速度ωjの時間微分値(dωj/dt)及びリミッタ係数kjに基づいてフィードバックトルクTf,jを生成する。そして、個別制御部781jは、フィードバックトルクTf,j及びリミテッドトルク値TL,jに基づいて個別トルク設定値Ts,jを算出し、算出された個別トルク設定値Ts,jを共通トルク設定値算出部782へ送る。
なお、個別制御部781jは、トラクション制御を行うべき旨が指定されていない場合には、トルク指令値Tc,jを、個別トルク設定値Ts,jとして、共通トルク設定値算出部782へ送るようになっている。
また、個別制御部781jは、推定駆動トルクTd,jを誤差推定部830へ送る。なお、個別制御部781jは、トラクション制御を行うべき旨の指定の有無にかかわらず、推定駆動トルクTd,jの算出を行い、算出された推定駆動トルクTd,jを誤差推定部830へ送るようになっている。
上記の共通トルク設定値算出部782は、個別制御部781jから送られた個別トルク設定値Ts,jを受ける。そして、共通トルク設定値算出部782は、トラクション制御を行うべき旨が指定されていない場合には、個別トルク設定値Ts,jを、トルク設定値CTs,jとしてモータ駆動系900jへ送る。
一方、トラクション制御を行うべき旨が指定されている場合には、共通トルク設定値算出部782は、個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRのうちの最小値を抽出する。引き続き、共通トルク設定値算出部782は、トルク設定値CTs,FL〜CTs,RRの全てを、抽出された最小値Ts,minに設定する。共通トルク設定値算出部782は、最小値Ts,minに設定されたトルク設定値CTs,jをモータ駆動系900jへ送る。
<動作>
次に、上記のように構成されたトラクション制御装置700Bの動作について、トラクション制御を行うべき旨が指定されている場合の制御部740Bにおけるトラクション制御モード処理に主に着目して説明する。
なお、トルク指令値生成部810、加速度検出部820、誤差推定部830及びモータ駆動系900jは、既に動作を開始しており、トルク指令値Tc,j、加速度α、推定誤差割合aj,bj、回転位置θj及び検出電流値ID,jが、逐次、トラクション制御装置700Bへ送られているものとする(図22参照)。
トラクション制御装置700Bでは、移動速度取得部710が、加速度検出部820から送られた加速度αの時間積分を行って、移動速度vを取得する。そして、移動速度取得部710は、取得された移動速度vを制御部740B及び誤差推定部830へ逐次送る(図22参照)。
また、回転速度取得部720が、回転位置検出部940jから送られた回転位置θjの時間微分を行って、回転速度ωjを取得する。そして、回転速度取得部720は、取得された回転速度ωjを制御部740B及び誤差推定部830へ逐次送る(図22参照)。
また、実トルク値取得部730が、電流検出部950jから送られた検出電流値ID,jに基づいて実トルク値Tm,jを算出することにより、実トルク値Tm,jの取得を行う。そして、実トルク値取得部730は、取得された実トルク値Tm,jを制御部740Bへ逐次送る(図22参照)。
<トラクション制御モード処理>
トラクション制御モード処理では、制御部740Bにおいて、個別制御部781jが、上述した制御部740Aと同様の処理を行って、個別トルク設定値Ts,jを算出する。そして、個別制御部781jは、算出された個別トルク設定値Ts,jを共通トルク設定値算出部782へ送る。
個別制御部781FL〜781RRから送られた個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRを受けると、共通トルク設定値算出部782は、個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRのうちの最小値を抽出する。引き続き、共通トルク設定値算出部782は、トルク設定値CTs,FL〜CTs,RRの全てを、抽出された最小値Ts,minに設定する。そして、共通トルク設定値算出部782は、最小値Ts,minに設定されたトルク設定値CTs,jをモータ駆動系900jへ送る。
なお、個別制御部781jは、個別トルク設定値Ts,jの算出の途中段階で算出された推定駆動トルクTd,jを誤差推定部830へ送る。
<非トラクション制御モード処理>
非トラクション制御モード処理では、制御部740Bにおいて、個別制御部781jが、トルク指令値Tc,jをそのまま、個別トルク設定値Ts,jとする。そして、個別制御部781jは、個別トルク設定値Ts,j(=Tc,j)を共通トルク設定値算出部782へ送る。
個別制御部781FL〜781RRから送られた個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRを受けると、共通トルク設定値算出部782は、個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRをそのままトルク設定値CTs,FL〜CTs,RRとする。なお、非トラクション制御モード処理の場合にも、個別制御部781jは、推定駆動トルクTd,jの算出を行い、算出された推定駆動トルクTd,jを誤差推定部830へ送る。
個別制御部781FL〜781RRから送られた個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRを受けると、共通トルク設定値算出部782は、個別トルク設定値Ts,jをそのまま、トルク設定値CTs,jとしてモータ駆動系900jへ送る。この結果、モータ駆動系900jへは、トルク指令値Tc,jが、そのまま送られる。
モータ駆動系900jでは、トラクション制御装置700Bから送られたトルク設定値CTs,jに基づいて、トルク設定値CTs,jに対応する電流をモータ930jに供給する。この結果、モータ930jは、トルク設定値CTs,jに対応する実トルク値で駆動される。
以上説明したように、第2実施形態によれば、上述した第1実施形態の場合と同様に、必要な駆動力を確保しつつ安定な走行のための制御を、路面状態の変化に応じて迅速に実現することができる。
また、第2実施形態では、複数の駆動輪のそれぞれについて算出された個別設定トルク値の中の最小値を、複数の駆動輪の全てのトルク設定値とする。この場合には、複数の駆動輪間におけるトルク設定値の差を抑制できるので、安定な走行を確保することができる。例えば、道路の左側のみ凍結しているような路面を走行する場合に、左側の駆動輪を対象として算出したトルク設定値が右側の駆動輪にも適応されるため、左右トルクのアンバランスが回避され、移動体の向きが変化することを防止できる。
[実施形態の変形]
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
例えば、上記の第1及び第2実施形態では、移動速度の取得に際して加速度センサを利用するようにしたが、光学式対地センサを利用するようにしてもよい。
また、上記の第1及び第2実施形態では、モータの実トルク値Tを(1)式から求めたが、Tsにトルク応答特性を乗じる次の(22)式により、実トルク値Tを算出するようにしてもよい。
=Ts・(1/(τ1・s+1)) …(22)
ここで、値τ1は、トルク応答の時定数である。
また、上記の第1及び第2実施形態では、トラクション制御装置が誤差推定部を備えない構成とした。これに対し、トラクション制御装置が誤差推定部を備えるようにしてもよい。
また、上記の第1及び第2実施形態では、推定誤差範囲に基づいてリミッタ係数を算出するようにした。これに対して、推定スリップ率及び推定駆動トルクの誤差の変化が小さい場合には、リミッタ係数を固定値としてもよい。
また、上記の第1実施形態における制御部740Aに代えて、図24に示される構成の制御部740Cを採用してもよい。
制御部740Cは、上述した制御部740Aと比べて、トルク設定値算出部743Aに代えてトルク設定値算出部743Cを備える点が異なっている。このトルク設定値算出部743Cは、減算部752,753,754を備えて構成されている。
上記の減算部752は、トルク指令値生成部810から送られたトルク指令値Tc、及び、フィードバック部742から送られたフィードバックトルク値Tを受ける。そして、減算部752は、第1差分値(Tc−T)を算出する。
上記の減算部753は、トルク指令値生成部810から送られたトルク指令値Tc、及び、制限部741から送られたリミテッドトルク値TLを受ける。そして、減算部753は、第2差分値(Tc−TL)を算出する。
上記の減算部754は、減算部752から送られた第1差分値(Tc−Tf)、及び、減算部753から送られた第2差分値(Tc−TL)を受ける。そして、減算部754は、次の(23)式により、トルク設定値Tsを算出し、算出されたトルク設定値Tsをモータ駆動系900へ送る。
s=(Tc−Tf)−(Tc−TL) …(23)
ここで、(23)式の右辺は、(TL−Tf)となるので、制御部740Cにより算出されるトルク設定値は、制御部740Aにより算出されるトルク設定値と同一となる。このため、制御部740Cを制御部740Aに代えて採用したトラクション制御装置によれば、上述した第1実施形態の場合と同様に効果を奏することができる。
なお、制御部740Aから制御部740Cへの変形と同様の変形を、第2実施形態に施してもよい。
また、上記の第1及び第2実施形態では、インホイールモータのように、トルク設定値に対する駆動輪の駆動トルクの応答速度が速い場合を想定した。これに対し、トルク設定値に対する駆動輪の駆動トルクの応答が迅速とはいえない場合にも本発明を適用してもよい。
なお、上記の実施形態のトラクション制御装置を、中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等を備えた演算手段としてのコンピュータとして構成し、予め用意されたプログラムを当該コンピュータで実行することにより、上記の実施形態のトラクション制御装置の機能の一部又は全部を実行するようにしてもよい。このプログラムはハードディスク、CD−ROM、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、当該コンピュータによって記録媒体からロードされて実行される。また、このプログラムは、CD−ROM、DVD等の可搬型記録媒体に記録された形態で取得されるようにしてもよいし、インターネットなどのネットワークを介した配信の形態で取得されるようにしてもよい。
次に、本発明の一実施例を、図25〜図29を主に参照して説明する。なお、以下の説明においては、上述した実施形態を含めて、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を極力省略する。
[構成]
図25には、一実施例に係るトラクション制御装置100の構成が概略的に示されている。このトラクション制御装置100は、上述した第2実施形態に係るトラクション制御装置700Bの一態様となっている。
図25に示されるように、トラクション制御装置100は、移動体MVとしての車両CR内に配置される。なお、車両CRは、互いに独立に駆動可能な4つの駆動輪である左前側駆動輪WHFL、右前側駆動輪WHFR、左後側駆動輪WHRL及び右後側駆動輪WHRRの4個の駆動輪を備えている。
車両CRには、トラクション制御装置100に加えて、トルク指令値生成部810、加速度検出部820、誤差推定部830及びモータ駆動系900FL〜900RRが配置されている。ここで、モータ駆動系900j(j=FL〜RR)のそれぞれは、上述した第2実施形態において説明したモータ駆動系900jと同様に構成されている。
<トラクション制御装置100の構成>
トラクション制御装置100は、制御ユニット110と、記憶ユニット120とを備えている。
上記の制御ユニット110は、演算手段としての中央処理装置(CPU)、DSP(Digital Signal Processor)を備えて構成される。この制御ユニット110は、プログラムを実行することにより、上述した第2実施形態における移動速度取得部710、回転速度取得部720、実トルク値取得部730及び制御部740Bとしての機能を果たすようになっている。
制御ユニット110が実行するプログラムは、記憶ユニット120に記憶され、記録ユニットからロードされて実行される。このプログラムは、CD−ROM、DVD等の可搬型記録媒体に記録された形態で取得されるようにしてもよいし、インターネットなどのネットワークを介した配信の形態で取得されるようにしてもよい。
なお、制御ユニット110が実行する処理については、後述する。
上記の記憶ユニット120には、制御ユニット110が利用する様々な情報データが記憶される。こうした情報データには、制御ユニット110が実行するプログラムが含まれている。この記憶ユニット120には、制御ユニット110がアクセスできるようになっている。
<駆動制御部910j及び電流検出部950jの構成>
ここで、本実施例の駆動制御部910j及び電流検出部950jについて、図26を参照して、より詳しく説明する。なお、本実施例では、モータ930jは、3相モータとなっている。
まず、駆動制御部910jについて説明する。この駆動制御部910jは、ベクトル制御により、モータ930jの駆動を制御する。かかる機能を有する駆動制御部910jは、電流指令値生成部911と、減算部912d,912qと、比例及び積分(PI)演算部913d,913qとを備えている。また、駆動制御部910jは、座標変換部914と、パルス幅変調(PWM)部915とを備えている。
上記の電流指令値生成部911は、トラクション制御装置100から送られたトルク設定値CTs,jを受ける。そして、電流指令値生成部911は、トルク設定値CTs,jのモータトルクを発生させるべく、d軸電流指令値Id,j 及びq軸電流指令値Iq,j を生成する。こうして生成されたd軸電流指令値Id,j は、減算部912dへ送られるとともに、q軸電流指令値Iq,j は、減算部912qへ送られる
上記の減算部912dは、電流指令値生成部911から送られたd軸電流指令値Id,j を受ける。そして、減算部912dは、電流検出部950jから送られたd軸検出電流値Id,jを、d軸電流指令値Id,j から差し引く。減算部912dによる減算結果は、PI演算部913dへ送られる。
上記の減算部912qは、電流指令値生成部911から送られたq軸電流指令値Iq,j を受ける。そして、減算部912qは、電流検出部950jから送られたq軸検出電流値Iq,jを、q軸電流指令値Iq,j から差し引く。減算部912qによる減算結果は、PI演算部913qへ送られる。
上記のPI演算部913dは、減算部912dから送られた減算結果を受ける。そして、PI演算部913dは、当該減算結果に基づいて比例及び積分演算を行い、d軸電圧指令値Vd,j を算出する。PI演算部913dにより算出されたd軸電圧指令値Vd,j は、座標変換部914へ送られる。
上記のPI演算部913qは、減算部912qから送られた減算結果を受ける。そして、PI演算部913qは、当該減算結果に基づいて比例及び積分演算を行い、q軸電圧指令値Vq,j を算出する。PI演算部913qにより算出されたq軸電圧指令値Vq,j は、座標変換部914へ送られる。
上記の座標変換部914は、PI演算部913dから送られたd軸電圧指令値Vd,j 、及び、PI演算部913qから送られたq軸電圧指令値Vq,j を受ける。そして、座標変換部914は、回転位置検出部940jから送られた回転位置θjを参照して、d軸電圧指令値Vd,j 及びq軸電圧指令値Vq,j に対して座標変換を施して、u軸制御電圧値Vu,j 、v軸制御電圧値Vv,j 及びw軸制御電圧値Vw,j を算出する。座標変換部914による算出結果は、PWM部915へ送られる。
上記のPWM部915は、座標変換部914から送られた3相制御電圧を受ける。そして、PWM部915は、当該3相制御電圧に対してパルス幅変調を施して、3相PWM信号を生成する。こうして生成された3相PWM信号は、インバータ920jへ送られる。
次いで、電流検出部950jについて説明する。この電流検出部950jは、電流検出器951と、座標変換部952とを備えている。
上記の電流検出器951は、モータ930jを流れるu軸電流値及びv軸電流値を検出する。そして、電流検出器951は、検出結果を、u軸検出電流値Iu,j及びv軸検出電流値Iv,jとして、座標変換部952へ送る。なお、w軸電流値(Iw,j)を検出してもよいが、「Iu,j+Iv,j+Iw,j=0」との関係が成立しているため、w軸電流値(Iw,j)を検出しなくても済む。
上記の座標変換部952は、電流検出器951から送られたu軸検出電流値Iu,j及びv軸検出電流値Iv,jを受ける。そして、座標変換部952は、回転位置検出部940jから送られた回転位置θjを参照して、u軸検出電流値Iu,j及びv軸検出電流値Iv,jに対して座標変換を施して、d軸検出電流値Id,j及びq軸検出電流値Iq,jを算出する。座標変換部952による算出結果は、検出電流値ID,jとして、トラクション制御装置100及び駆動制御部910jへ送られる。
なお、ID,jの大きさ|ID,j|は、次の(24)式により算出される。
|ID,j|=(Id,j +Iq,j 1/2 …(24)
[動作]
次に、上記のように構成されたトラクション制御装置100によるトラクション制御の動作について、制御ユニット110による処理に着目して説明する。
なお、トルク指令値生成部810、加速度検出部820、誤差推定部830及びモータ駆動系900jは、既に動作を開始しており、トルク指令値Tc,j、加速度α、推定誤差割合aj,bj、回転位置θj及び検出電流値ID,jが、逐次、トラクション制御装置100へ送られているものとする(図22参照)。
トラクション制御は、不図示の入力部を介して、利用者がトラクション制御の開始指令を入力することにより、開始される。かかるトラクション制御に際しては、図27に示されるように、まず、ステップS11において、制御ユニット110が、当該入力部を介して、トラクション制御の中止指令を受けたか否かを判定する。ステップS11における判定の結果が否定的であった場合(ステップS11:N)には、処理はステップS12へ進む。
ステップS12では、制御ユニット110が、4個の駆動輪WHFL〜WHRRのそれぞれに対応するリミット値LFL〜LRRを算出する。なお、ステップS12におけるリミット値LFL〜LRRの算出処理については、後述する。
引き続き、ステップS13において、制御ユニット110が、算出されたリミット値LFL〜LRRを利用して、4個の駆動輪WHFL〜WHRRのそれぞれに対応するリミテッドトルク値TL,FL〜TL,RRを算出する。
次に、ステップS14において、制御ユニット110が、4個の駆動輪WHFL〜WHRRのそれぞれに対応するフィードバックトルク値Tf,FL〜Tf,RRを算出する。なお、ステップS14におけるフィードバックトルク値Tf,FL〜Tf,RRの算出処理については、後述する。
次いで、ステップS15において、制御ユニット110が、リミテッドトルク値TL,FL〜TL,RR及びフィードバックトルク値Tf,FL〜Tf,RRに基づいて、上述した(9)式により、個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRを算出する。引き続き、ステップS16において、制御ユニット110が、個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRのうちの最小値を抽出する。
次に、制御ユニット110が、トルク設定値CTs,FL〜Ts,RRの全てを、抽出された最小値Ts,minに設定する。そして、制御ユニット110は、最小値Ts,minに設定されたトルク設定値CTs,jをモータ駆動系900jへ逐次出力する(図25参照)。
ステップS17の処理が終了すると、処理はステップS11へ戻る。以後、ステップS11における判定の結果が肯定的となるまで、ステップS11〜S17の処理が繰り返される。
トラクション制御の中止指令を受け、ステップS11における判定の結果が肯定的となると(ステップS11:Y)、処理はステップS18へ進む。このステップS18では、制御ユニット110が、リミッタ解除を行う。引き続き、ステップS19において、フィードバックトルク値のクリアを行う。そして、トラクション制御処理が終了する。この結果、トルク指令値Tc,jが、トルク設定値CTs,jとして、モータ駆動系900jへ出力されるようになる。
<リミット値LFL〜LRRの算出処理>
次に、ステップS12におけるリミット値LFL〜LRRの算出処理について説明する。
リミット値Ljの算出処理に際しては、図28に示されるように、まず、ステップS21において、制御ユニット110が、加速度α、回転位置θj、検出電流値ID,j及び推定誤差割合aj,bjを取得する。そして、制御ユニット110は、加速度αの時間積分を行って車速(移動速度)vを取得し、回転位置θjの時間微分を行って回転速度ωjを取得するとともに、検出電流値ID,jに基づいて実トルク値Tm,jを取得する。
次に、ステップS22において、制御ユニット110が、車速v及び回転速度ωjに基づき、上述した(5)式により、推定スリップ率λjを算出することにより、スリップ率推定を行う。引き続き、ステップS23において、制御ユニット110が、回転速度ωj及び実トルク値Tm,jに基づき、上述した(10)式を利用して推定駆動トルクTd,jを算出することにより、駆動トルク推定を行う。
次いで、ステップS24において、制御ユニット110が、上述した(16)式に基づいて、リミッタ係数kjを算出する。引き続き、ステップS25において、制御ユニット110が、リミッタ係数kj、推定スリップ率λj及び推定駆動トルクTd,jに基づき、上述した(12)式を利用して、リミット値Ljを算出する。
ステップS25の処理が終了すると、ステップS12の処理が終了する。そして、処理は、上述した図27のステップS13へ進む。
<フィードバックトルク値Tf,FL〜Tf,RRの算出処理>
次に、ステップS14におけるフィードバックトルク値Tf,FL〜Tf,RRの算出処理について説明する。
フィードバックトルク値Tf,FL〜Tf,RRの算出処理に際しては、図29に示されるように、まず、ステップS31において、制御ユニット110が、回転速度ωに基づいて、上述した(17)式を利用して逆算トルク値Tn,jを算出する。引き続き、ステップS32において、制御ユニット110が、逆算トルク値Tn,j及び実トルク値Tm,jに基づいて、上述した(18)式を利用して差分トルク値Th,jを算出する。そして、制御ユニット110は、差分トルク値Th,jに対してフィルタリング処理を施してフィルタ後トルク値Taf,jを算出する。
次に、ステップS33において、制御ユニット110が、リミッタ係数kに基づいて、上述した(21)式を利用してフィードバックゲインkp,jを算出する。引き続き、ステップS34において、制御ユニット110が、フィルタ後トルク値Taf,j及びフィードバックゲインkp,jに基づいて、上述した(20)式を利用してフィードバックトルク値Tf,jを算出する。
ステップS34の処理が終了すると、ステップS14の処理が終了する。そして、処理は、上述した図27のステップS15へ進む。
以上説明したように、本実施例では、モータ930jによって駆動される駆動輪を有する移動体MVの移動速度v、移動体MVの駆動輪の回転速度ωj、及び、モータ930jを駆動する実トルク値Tm,jを取得する。ここで、移動速度v、回転速度ωj及び実トルク値Tm,jは、迅速な取得が可能である。
引き続き、制御ユニット110が、移動速度v及び回転速度ωjに基づいて、迅速な演算が可能な(5)式を利用して駆動輪の推定スリップ率λjを推定する。また、制御ユニット110が、回転速度ωj及び実トルク値Tm,jに基づいて、迅速な演算が可能な(10)式を利用して駆動輪の推定駆動トルクTd,jを推定する。
次に、制御ユニット110が、推定スリップ率λjと推定駆動トルクTd,jとに基づいて、迅速な演算が可能な(11)式を利用して、トルク指令値Tc,jに対するリミット値Ljを算出する。そして、制御ユニット110が、リミット値Ljを用いてトルク指令値Tc,jに対する制限処理を行って、リミテッドトルク値TL,jを算出する。
かかるリミテッドトルク値TL,jの算出と並行して、制御ユニット110が、各時点の回転速度ωj及び実トルク値Tm,jに基づいて、迅速な演算が可能な(17),(18),(20),(21)式を適宜利用してフィードバックトルク値Tf,jを算出する。なお、制御ユニット110は、粘着モデルに基づいて、フィードバックトルク値Tf,jを算出する。
次に、制御ユニット110が、リミテッドトルク値TL,j及びフィードバックトルク値Tf,jに基づいて、(9)式により、個別トルク設定値Ts,jを算出する。引き続き、制御ユニット110が、個別トルク設定値Ts,FL〜Ts,RRのうちの最小値を抽出し、トルク設定値CTs,FLCT s,RR の全てを、抽出された最小値Ts,minに設定する。そして、制御ユニット110が、最小値Ts,minに設定されたトルク設定値CTs,jをモータ駆動系900jへ送る。



したがって、必要な駆動力を確保しつつ安定な走行のための制御を、路面状態の変化に応じて迅速に実現することができる。
また、本実施例では、複数の駆動輪のそれぞれについて算出された個別設定トルク値の中の最小値を、複数の駆動輪の全てのトルク設定値とする。この場合には、複数の駆動輪間におけるトルク設定値の差を抑制できるので、安定な走行を確保することができる。例えば、道路の左側のみ凍結しているような路面を走行する場合に、左側の駆動輪を対象として算出したリミット値が右側の駆動輪にも適応されるため、左右トルクのアンバランスが回避され、車体の向きが変化することを防止できる。
[実施例の変形]
本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
例えば、上記の実施例では、移動速度の取得に際して加速度センサを利用するようにしたが、光学式対地センサを利用するようにしてもよい。
また、図26で説明したように、d軸検出電流値Id,j及びq軸検出電流値Iq,jは、それぞれd軸電流指令値Id,j 及びq軸電流指令値Iq,j と同じになるように制御が行われる。したがって、PI演算とモータ特性とによる応答時間の遅れがあるが、結果として実トルク値Tmは、トルク設定値CTs,jと等しくなるように制御される。このため、上記の実施例では、モータの実トルク値Tm,jを(1)式から求めたが、トルク設定値CTs,jにトルク応答特性を乗じる次の(25)式により、実トルク値Tm,jを算出するようにしてもよい。
m,j=CTs,j・(1/(τ1・s+1)) …(25)
ここで、値τ1は、トルク応答の時定数である。
また、上記の実施例では、トラクション制御装置が誤差推定部を備えない構成とした。これに対し、トラクション制御装置が誤差推定部を備えるようにしてもよい。
また、上記の実施例では、推定誤差範囲に基づいてリミッタ係数を算出するようにした。これに対して、推定スリップ率及び推定駆動トルクの誤差の変化が小さい場合には、リミッタ係数を固定値としてもよい。
また、制御部740Aから制御部740Cへの変形と同様の変形を、上記の実施例に対して施してもよい。

Claims (11)

  1. モータによって駆動される駆動輪を有する移動体のトラクション制御装置であって、
    前記移動体の移動速度を取得する移動速度取得部と;
    前記駆動輪の回転速度を取得する回転速度取得部と;
    前記モータが発生する実トルク値を取得する実トルク値取得部と;
    前記移動速度と前記回転速度とに基づいて推定した前記駆動輪のスリップ率と、前記回転速度、前記駆動輪の慣性モーメント及び前記実トルク値に基づいて推定された前記駆動輪の駆動トルクとに応じたリミテッドトルク値に基づいて、前記モータの動作に制限をかける制限部と;
    前記回転速度を微分した値に前記駆動輪がスリップしていない仮想的な状態を表す特性値を乗じて得られる逆算トルク値と、前記実トルク値とに基づいて算出されたフィードバックトルク値により、前記モータの動作にフィードバックをかけるフィードバック部と;
    を備えることを特徴とするトラクション制御装置。
  2. 前記モータに発生させようとするトルクに関するトルク設定値を算出するトルク設定値算出部を更に備え、
    前記制限部は、
    前記移動速度と前記回転速度とに基づいて、前記駆動輪のスリップ率を推定するスリップ率推定部と;
    前記駆動輪の回転速度を微分した値に前記駆動輪の慣性モーメント値を乗じた値を、前記実トルク値から減算した値に基づいて、前記駆動輪の駆動トルクを推定する駆動トルク推定部と;
    前記推定されたスリップ率と、前記推定された駆動トルクとに基づいて、トルク指令値に対するリミッタ処理を行うためのリミット値を算出するリミット値算出部と;
    前記算出されたリミット値を用いて、前記トルク指令値に対して前記リミッタ処理を施し、前記リミテッドトルク値を算出するリミッタ部と;を備え、
    前記フィードバック部は、前記逆算トルク値を前記実トルク値から減算した第1減算値に基づいて、前記フィードバックトルク値を算出し、
    前記トルク設定値算出部は、前記リミテッドトルク値から前記フィードバックトルク値を減算した第2減算値を、前記トルク設定値として算出する、
    ことを特徴とする請求項1に記載のトラクション制御装置。
  3. 前記リミット値算出部は、前記推定されたスリップ率が小さいほど前記推定された駆動トルクからの差が大きな値を前記リミット値として算出し、前記推定されたスリップ率が大きいほど前記推定された駆動トルクからの差が小さな値を前記リミット値として前記リミット値を算出する、ことを特徴とする請求項2に記載のトラクション制御装置。
  4. 前記リミット値算出部は、前記推定されたスリップ率に応じた値を前記推定された駆動トルクに乗じて、前記リミット値を算出する、ことを特徴とする請求項2に記載のトラクション制御装置。
  5. 前記リミット値算出部は、前記推定された駆動トルクTd、前記推定されたスリップ率λ、定数p及びリミッタ係数kを用いて、下記の(I)式により、前記リミット値Lを算出する、
    L=Td・(p+k/λ) …(I)
    ことを特徴とする請求項2のトラクション制御装置。
  6. 前記リミッタ係数kは、前記推定された駆動トルクTdの誤差範囲の下方側限界値の前記駆動トルクの真値に対する割合の推定値aと、前記推定されたスリップ率λの誤差範囲の上方側限界値の前記スリップ率の真値に対する割合の推定値bとを用いて、下記の(II)式により算出される、
    k=k*・(b/a)+λ0・((b/a)−b) …(II)
    ここで、値k*は、前記推定された駆動トルクTd、及び、前記推定されたスリップ率λの誤差が小さなとき、前記定数pを「1」とした前記(I)式により算出されるリミット値を用いて得られる前記リミッテドトルク値を前記トルク設定値とした場合に、適切なトルク設定値を得ることができる前記リミッタ係数kの値であり、前記値λ0は、前記駆動輪の路面に対する摩擦係数が最大となる場合のスリップ率の値である、
    ことを特徴とする請求項5に記載のトラクション制御装置。
  7. 前記フィードバック部は、前記第1減算値に1次遅れを付与した後に、フィードバックゲインkpを乗じて、前記フィードバックトルク値を算出し、
    前記フィードバックゲインkpは、予め定められた定数cを用いて、次の(III)式により算出される、
    p=c・k …(III)
    ことを特徴とする請求項6に記載のトラクション制御装置。
  8. 前記駆動輪の数は複数であり、
    前記複数の駆動輪のそれぞれについて算出されたトルク設定値の最小値を、前記複数の駆動輪の全てへの共通トルク設定値とする共通トルク値算出部を更に備える、
    ことを特徴とする請求項2〜7のいずれか一項に記載のトラクション制御装置。
  9. モータによって駆動される駆動輪を有する移動体のトラクション制御装置において使用されるトラクション制御方法であって、
    前記移動体の移動速度、前記駆動輪の回転速度、及び、前記モータが発生する実トルク値を取得する取得工程と;
    前記移動速度と前記回転速度とに基づいて推定した前記駆動輪のスリップ率と、前記回転速度、前記駆動輪の慣性モーメント及び前記実トルク値に基づいて推定された前記駆動輪の駆動トルクとに応じたリミテッドトルク値に基づいて、前記モータの動作に制限をかける制限工程と;
    前記回転速度を微分した値に前記駆動輪がスリップしていない仮想的な状態を表す特性値を乗じて得られる逆算トルク値と、前記実トルク値とに基づいて算出されたフィードバックトルク値により、前記モータの動作にフィードバックをかけるフィードバック工程と;
    を備えることを特徴とするトラクション制御方法。
  10. モータによって駆動される駆動輪を有する移動体のトラクション制御装置が有するコンピュータに、請求項9に記載のトラクション制御方法を実行させる、ことを特徴とするトラクション制御プログラム。
  11. モータによって駆動される駆動輪を有する移動体のトラクション制御装置が有するコンピュータにより読み取り可能に、請求項10に記載のトラクション制御プログラムが記録されている、ことを特徴とする記録媒体。
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