JP7478638B2 - 車両制御装置、車両制御方法および車両制御システム - Google Patents
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Description
本発明の目的の一つは、車両停車の際のピッチング変動を抑制することができる車両制御装置、車両制御方法、及び車両制御システムを提供することにある。
図1は、実施形態1における電動車両の制御システムの構成図である。
電動車両1は、前輪2FL、2FRと後輪2RL、2RRと、各輪に設けられ車輪に摩擦制動力を発生させる摩擦ブレーキ3FL、3FR、3RL、3RR(以下、各輪の摩擦ブレーキを総称して摩擦ブレーキ3とも記載する。)を有する。
電動車両1は、後輪2RL、2RRにトルクを出力するリアモータ(後輪用電動モータ)7を有する。尚、後輪2RL、2RRを総称して駆動輪2とも記載する。リアモータ7および後輪2RL、2RR間の動力伝達は、減速機8、ディファレンシャル10およびリア車軸6RL、6RRを介して行われる。
各車輪2FL、2FR、2RL、2RRは、車輪速を検出する車輪速センサ11FL、11FR、11RL、11RRを有する。リアモータ7は、モータ回転数を検出する後輪用レゾルバ13を有する。また、電動車両1は、車両の加速度を検出する加速度センサ5を有する。
摩擦ブレーキ3は、各輪と一体に回転するブレーキロータに対し、各輪の回転軸方向にブレーキパッドを押し付けて摩擦力により制動力を発生させる。実施形態1の摩擦ブレーキ3は、ブレーキ液圧により作動するホイルシリンダによってブレーキパッドを押し付ける構成について説明するが、電動モータにより駆動するボールねじ機構等を介してブレーキパッドを押し付ける構成としても良く、特に限定しない。
電動車両1は、低電圧バッテリ14および高電圧バッテリ15を有する。低電圧バッテリ14は、例えば鉛蓄電池である。高電圧バッテリ15は、例えばリチウムイオン電池またはニッケル水素電池である。高電圧バッテリ15は、DC-DCコンバータ16により昇圧された電力により充電される。
車両制御装置17は、後輪用レゾルバ13、アクセル操作量を検出するアクセルペダルセンサ22、ブレーキ操作量を検出するブレーキセンサ23、ギヤ位置センサ24等の各種センサから情報を取得し、車両の統合制御を行う。車両制御装置17は、ドライバのアクセル操作やブレーキ操作等に応じた要求トルクに対し、要求配分トルクに応じてリアモータ7が出力すべき運転者要求トルクを出力する。
ブレーキ制御装置18は、加速度センサ5と、車輪速センサ11等の各種センサから情報を取得するとともに運転者要求トルクに基づいて、摩擦ブレーキ3に発生させる摩擦ブレーキトルクを算出し、各輪に必要なブレーキ液圧を発生させ、油圧配管18aを通して摩擦ブレーキ3に出力する。
リアモータ制御装置20は、リア要求トルクに基づいてリアモータ7に供給する電力を制御する。
運転者要求トルク算出処理部101では、車両速度とアクセル操作量と車両の加速度に基づいて運転者要求トルクを算出する。運転者がアクセルペダルを離しており、かつ車速が所定車速以上の場合はエンジンブレーキ力を模擬した負トルクであるコーストトルクを出力し、車速が低車速領域の場合は正トルクであるクリープトルクを出力する。本処理部における算出の詳細については後述する。尚、車両速度は、車輪速センサ11や後輪用レゾルバ13からのリアモータ7の取得した回転数情報から、推定した車両速度を算定するが、他のセンサから算出してもよい。
スリップ制御トルク算出処理部103では、車両速度とスリップ制御目標車輪速度と運転者要求トルクから加速時における駆動トルク制限値もしくは減速時における制動トルク制限値を算出し、回生協調ブレーキ受け入れ以後トルクが上記制限値の範囲内となるように制限したスリップ制御トルクを算出する。
トルク制限処理部104では、バッテリ要求トルク制限値等の各種トルク制限値によってスリップ制御トルクを制限し、指令トルクとして制限後駆動トルクを出力する。尚、制限後駆動トルクとは、車両の加速側と減速側の両方のトルクを含む。
運転者要求トルク算出部201では、アクセル操作量と車両速度に基づいて運転者が要求しているトルクを算出する。この算出内容については周知の技術構成を適宜採用すればよく特に限定しない。
勾配抵抗算出部202では、車両速度と加速度センサ5の値である加速度とに基づいて、路面の勾配によって車両に作用する抵抗を算出する。具体的には、車両速度から算出される推定加速度と加速度センサ5から検出される実加速度との偏差から勾配推定を行う。下り坂の勾配によりトルク加算時に車両減速度が過度に低下することを回避するためである。
勾配抵抗&制動力要求相当分トルク算出部203では、制動力要求値に相当するトルクに変換する。具体的には制動力要求相当トルク値から勾配抵抗相当分のトルクとクリープトルクを減算し、ブレーキ制動力を上回る駆動力を発生するトルクが印加されることを回避する。
制御ゲイン算出部204では、車両速度に応じたゲインと、減速度に応じたゲインの両方を算出する。具体的には、減速度に応じてピークゲインを変化させ、車両速度によって停車に合わせてゲインを増減させるためである。
加算トルク算出部205では、制動力要求相当分トルク値に対して制御ゲインを乗算してピッチング方向の振動抑制が可能な加算トルクを算出する。
加算部206では、運転者要求トルク算出部から出力された値に加算トルク算出部205から出力された加算トルクを加算する。
停車時情報保持部2021は、停車判定部a1と、加速度センサ値保存部a2と、走行距離推定部a3と、忘却ゲインマップa4と、掛け合わせ部a5と、偏差算出部a6と、を有する。停車時情報保存部2021は、勾配路において低速で走行し、再停車する場合に、実勾配推定部2022では勾配推定に十分な時間がなく、性能が低下するおそれがあることから、前回停車時の加速度センサ値情報を用いて勾配推定精度を向上させることを目的に構成される。
実勾配推定部2022は、車両速度を微分して算出された車両の推定加減速度を算出する加減速度推定部a7から出力された値と、加速度センサ5から出力された値との偏差を算出する加減速度減算部a8と、に基づいて現在の勾配である実勾配推定値を推定する。
勾配推定補正部2023では、偏差算出部a6から出力された値を実勾配推定値に加算して補正する。図7は、実施形態1における勾配抵抗算出部に備えられた勾配補正トルクマップである。上り勾配(+)であれば勾配補正トルクとしてプラス側に補正された値が勾配補正トルクとして出力され、下り勾配(―)であれば勾配補正トルクとしてマイナス側に補正された値が勾配補正トルクとして出力される。
加速度推定値算出部2041は、車両速度の微分値から車両加速度の推定値を算出する。図10は加速度可変型制御ゲインマップ、図11は速度可変型制御ゲインマップである。加速度可変型制御ゲインマップ2043では、絶対値として規定値x2(G)以上の減速度が生じる場合には、徐々にゲインを小さくし、絶対値として規定値x2(G)よりも小さな減速度の場合には100%にゲイン設定するため、急制動時にトルクが加算されることを回避する。尚、急制動時には、ピッチング方向の振動を抑制することよりも制動力を確保することが望ましいことは言うまでもない。また、速度可変型制御ゲインマップ2044では、車両速度の増加に応じて抑制的に作用するためのゲインであり、車両速度がx3(km/m)に到達すると完全に0が設定されるため、主に停車直前に作用する。掛け合わせ部2045では、これら両ゲインを掛け合わせることで、急減速時以外であって車両停止直前から効果的に作用させる。
2045ゲインのように車速に応じたゲインを設定すると、車両をなめらかに停車可能であるものの、車両停止後も継続してゲインが発生してしまう。よって、車両停車中も摩擦ブレーキ3のトルクより低いトルクをリアモータ7から出力し続けてしまい、余分な電力消費が生じる。次に、2047ゲインの場合、なめらかに停車できるとともに、2045ゲインと比較した場合は、余分な電力消費を低減できる。しかしながら、急激なゲイン変動により、車両停止後に車両姿勢の急変や、ドライブシャフトのねじれ共振などが要因となって、振動や運転者への違和感が発生するおそれがある。これに対し、2048ゲインを採用した場合、ゲインの変動を制限することになるため、他のゲインに比べてなめらかにゲインが変動する。これにより、車両姿勢の急変やドライブシャフトのねじれ共振等を回避することができ、振動や運転者への違和感を抑制できる。
尚、摩擦ブレーキ3側の制動トルクを変更することも考えられるが、この場合、摩擦力を使用する観点から機械的なイナーシャの応答性に限界があり、更にブレーキパッド等の摩擦係数のばらつきの影響によって、制御精度を確保することが困難である。これに対し、摩擦ブレーキ3の制動トルクを確保した状態でリアモータ3からの出力トルクを加算することで、摩擦ブレーキ3の摩擦係数変化などによるトルク変動を抑制することができ、車両停止時におけるピッチング振動を効果的に抑制できる。
(1)車両1に摩擦制動力を発生させる摩擦ブレーキ3(摩擦制動装置)と、車両1に駆動力を発生させるリアモータ7(駆動装置)と、を有する車両1に備えられ、入力した情報に基づいて演算した結果を出力する車両制御装置17(コントロール部)を備える車両制御装置であって、
車両制御装置17は、
車両1の速度に関する物理量を取得し、
車両1を減速させるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
要求制動力に関する物理量に基づいて車両1を減速させるときに、摩擦制動力が発生している状態で、リアモータ7による駆動力を発生させるための制御指令を出力する。
よって、摩擦制動力による車両加速度の急変を抑制することができ、車両停車の際のピッチング変動を抑制することができる。
(3)車両制御装置17は、速度に関する物理量が小さくなるにつれて、かつ車両1の減速度に関する物理量が小さくなるにつれて駆動力が大きくなるように制御指令を出力する。よって、急減速時以外であって車両停止直前に効果的に駆動力を発生させることができる。
(4)車両制御装置17は、車両1が停車したと判断された後、所定時間を経過するまで駆動力の最大値を保持するように制御指令を出力する。よって、停車後に駆動輪に作用するトルクが急変することを防止できる。
(5)車両制御装置17は、駆動力の最大値を保持した後、徐々に駆動力が低下するように制御指令を出力する。よって、車両姿勢の急変やドライブシャフトのねじれ共振等を回避することができ、振動や運転者への違和感を抑制できる。
(7)車両制御装置17は、車両1を減速させるときの下り方向の路面勾配が大きくなるにつれて、駆動力が小さくなるように前記制御指令を出力する。よって、路面の影響により加速側のトルクが生じることを回避できる。
(9)車両制御装置17は、車速に関する物理量の微分値と、加速度センサから取得したセンサ値との差と、車両1が路面勾配で停車したときの加速度センサから取得して記憶した値と、に基づいて路面勾配を推定する。すなわち、勾配路において低速で走行し、再停車する場合に、勾配推定に十分な時間がなく、性能が低下するおそれがあることから、前回停車時の加速度センサ値情報を用いることで、勾配推定精度を向上させることができる。
(10)実施形態1では、駆動装置として電動モータであるリアモータ7を備えた。よって、高い制御精度と応答性によって駆動力を制御することができ、効果的に車両停車の際のピッチング変動を抑制することができる。
以上、本発明を実施するための実施形態を説明したが、本発明の具体的な構成は実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、本実施形態では、後輪駆動の電動車両に適用したが、前輪駆動の電動車両や四輪駆動の電動車両でもよい。また、電動車両に限らず、内燃機関であるエンジンを備えた車両や、エンジンとモータの両方を用いて走行可能なハイブリッド車両であってもよい。すなわち、摩擦ブレーキを用いた車両停止時に、車両が停止可能な範囲で、もしくは駆動輪と路面との間に制動力が働く範囲で、駆動源側からトルクを付与することが可能な構成であればよい。
以上説明した実施例から把握しうる技術的思想(又は技術的解決策。以下同じ。)について、以下に記載する。
(1) 本技術的思想の車両制御装置は、その1つの態様において、
車両に摩擦制動力を発生させる摩擦制動装置と、前記車両に駆動力を発生させる駆動装置と、を有する前記車両に備えられ、入力した情報に基づいて演算した結果を出力するコントロール部を備える車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両の速度に関する物理量を取得し、
前記車両を減速させるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
前記要求制動力に関する物理量に基づいて前記車両を減速させるときに、前記摩擦制動力が発生している状態で、前記駆動装置による駆動力を発生させるための制御指令を出力する。
(2) より好ましい態様では、前記態様において、
前記コントロール部は、
前記速度に関する物理量が所定速度を下回ると、前記制御指令を出力する。
(3) 別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記コントロール部は、
前記速度に関する物理量が小さくなるにつれて、かつ前記車両の減速度に関する物理量が小さくなるにつれて前記駆動力が大きくなるように前記制御指令を出力する。
(4) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記コントロール部は、
前記車両が停車したと判断された後、所定時間を経過するまで前記駆動力の最大値を保持するように前記制御指令を出力する。
(5) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記コントロール部は、
前記駆動力の最大値を保持した後、徐々に前記駆動力が低下するように前記制御指令を出力する。
(6) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記コントロール部は、
前記駆動力と前記車両に発生するクリープ現象による力の合計が、前記摩擦制動力を超えないように前記制御指令を出力する。
(7) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記コントロール部は、
前記車両を減速させるときの下り方向の路面勾配が大きくなるにつれて、前記駆動力が小さくなるように前記制御指令を出力する。
(8) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記コントロール部は、
前記車速に関する物理量の微分値と、加速度センサから取得したセンサ値と、の差に基づいて前記路面勾配を推定する。
(9) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記コントロール部は、
前記車速に関する物理量の微分値と、加速度センサから取得したセンサ値と、の差と、前記車両が前記路面勾配で停車したときの前記加速度センサから取得して記憶した値と、に基づいて前記路面勾配を推定する。
(10) さらに別の好ましい態様では、前記態様のいずれかにおいて、
前記駆動装置は電動モータである。
(11)また、他の観点から、本技術的思想の車両制御方法は、その1つの態様において、
車両に摩擦制動力を発生させる摩擦制動装置と、前記車両に駆動力を発生させる駆動装置と、を備える前記車両の車両制御方法であって、
前記車両の速度に関する物理量を取得し、
前記車両を減速させるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
前記要求制動力に関する物理量に基づいて前記車両を減速させるときに、前記摩擦制動力が発生している状態で、前記駆動装置による駆動力を発生させるための制御指令を出力する。
(12) また、他の観点から、本技術的思想の車両制御システムは、その1つの態様において、
車両に摩擦制動力を発生させる摩擦制動装置と、
前記車両に駆動力を発生させる駆動装置と、
入力した情報に基づいて演算した結果を出力する制御装置であって、
前記車両の速度に関する物理量を取得し、
前記車両を減速させるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
前記要求制動力に関する物理量に基づいて前記車両を減速させるときに、前記摩擦制動力が発生している状態で、前記駆動装置による駆動力を発生させるための制御指令を出力する、
制御装置と、
を備える。
2RL、2RR 後輪
3 摩擦ブレーキ
5 加速度センサ
7 リアモータ
11 車輪速センサ
13 後輪用レゾルバ
17 車両制御装置
18 ブレーキ制御装置
20 リアモータ制御装置
22 アクセルペダルセンサ
23 ブレーキセンサ
Claims (15)
- 車両に摩擦制動力を発生させる摩擦制動装置と、前記車両に駆動力を発生させる駆動装置と、を有する前記車両に備えられ、入力した情報に基づいて演算した結果を出力するコントロール部を備える車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両の速度に関する物理量を取得し、
前記車両を停車させるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
前記要求制動力に関する物理量に基づいて前記車両の停車直前のときに、前記摩擦制動力が発生している状態で、前記駆動装置による駆動力を発生させるための制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 請求項1に記載の車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記速度に関する物理量が所定速度を下回ると、前記制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 請求項2に記載の電動車両の制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記速度に関する物理量が小さくなるにつれて、かつ前記車両の減速度に関する物理量が小さくなるにつれて前記駆動力が大きくなるように前記制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 請求項3に記載の車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両が停車したと判断された後、所定時間を経過するまで前記駆動力の最大値を保持するように前記制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 請求項4に記載の車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記駆動力の最大値を保持した後、徐々に前記駆動力が低下するように前記制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 請求項2に記載の車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両が停車したと判断された後、所定時間を経過するまで前記駆動力の最大値を保持するように前記制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 請求項6に記載の車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記駆動力の最大値を保持した後、徐々に前記駆動力が低下するように前記制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 車両に摩擦制動力を発生させる摩擦制動装置と、前記車両に駆動力を発生させる駆動装置と、を有する前記車両に備えられ、入力した情報に基づいて演算した結果を出力するコントロール部を備える車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両の速度に関する物理量を取得し、
前記車両を停車させるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
前記要求制動力に関する物理量に基づいて前記車両の停車直前のときに、前記摩擦制動力が発生している状態で、前記車両の速度に関する物理量が所定速度を下回ると、前記駆動装置による駆動力と前記車両に発生するクリープ現象による力の合計が、前記摩擦制動力を超えないように前記駆動力を発生させるための制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 請求項8に記載の車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両を停車させるときの下り方向の路面勾配が大きくなるにつれて、前記駆動力が小さくなるように前記制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 請求項9に記載の車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両の速度に関する物理量の微分値と、加速度センサから取得したセンサ値と、の差に基づいて前記路面勾配を推定する、
車両制御装置。 - 請求項10に記載の車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両の速度に関する物理量の微分値と、加速度センサから取得したセンサ値と、の差と、前記車両が前記路面勾配で停車したときの前記加速度センサから取得して記憶した値と、に基づいて前記路面勾配を推定する、
車両制御装置。 - 請求項1に記載の車両制御装置であって、
前記駆動装置は電動モータである、
車両制御装置。 - 車両に摩擦制動力を発生させる摩擦制動装置と、前記車両に駆動力を発生させる駆動装置と、を有する前記車両に備えられ、入力した情報に基づいて演算した結果を出力するコントロール部を備える車両制御装置であって、
前記コントロール部は、
前記車両の速度に関する物理量を取得し、
前記車両を停車させるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
前記要求制動力に関する物理量に基づいて前記車両の停車直前のときに、前記摩擦制動力が発生している状態で、前記駆動装置による駆動力を発生させるための制御指令を出力し、
前記車両が停車したと判断された後、所定時間を経過するまで前記駆動力の最大値を保持するように前記制御指令を出力する、
車両制御装置。 - 車両に摩擦制動力を発生させる摩擦制動装置と、前記車両に駆動力を発生させる駆動装置と、入力した情報に基づいて演算した結果を出力するコントロール部と、を備える前記車両の車両制御方法であって、
前記コントロール部は、
前記車両の速度に関する物理量を取得し、
前記車両を停車させるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
前記要求制動力に関する物理量に基づいて前記車両の停車直前のときに、前記摩擦制動力が発生している状態で、前記駆動装置による駆動力を発生させるための制御指令を出力する、
車両制御方法。 - 車両に摩擦制動力を発生させる摩擦制動装置と、前記車両に駆動力を発生させる駆動装置と、入力した情報に基づいて演算した結果を出力する制御装置であって、
前記車両の速度に関する物理量を取得し、
前記車両を停車せるために必要な要求制動力に関する物理量を取得し、
前記要求制動力に関する物理量に基づいて前記車両の停車直前のときに、前記摩擦制動力が発生している状態で、前記駆動装置による駆動力を発生させるための制御指令を出力する、
制御装置と、
を備える車両制御システム。
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