JP7526568B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の制御装置に関する。

路面の摩擦係数に対して大きな駆動力が加わると駆動輪がスリップすることがある。特許文献１には、モータの角加速度と閾値とを比較し、所定サイクル以上、角加速度が閾値を超えた場合にスリップと判定するスリップ制御装置が示されている。

特開２０１５－０３５９４３号公報

一般に、スリップ判定は駆動輪等の角加速度の変化に基づいて行われる。しかしながら、駆動輪等の角加速度はスリップ以外にも大きく変化することがあり、このような場合にスリップの誤判定が生じる恐れがあった。

本発明は、スリップの誤判定を低減できる車両の制御装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
駆動輪の空転を判定する空転判定部と、
前記駆動輪の段差の通過を判定する段差通過判定部と、
車体のピッチ角度を検出するピッチ角度センサと、
を備え、
前記段差通過判定部は、車体のピッチ角速度が所定時間継続して閾値を超えた場合に段差の通過と判定し、
前記空転判定部の判定結果と前記段差通過判定部の判定結果とに基づいて前記駆動輪のスリップを判定し、
前記空転判定部が前記駆動輪の空転を判定し、前記段差通過判定部が段差の通過と判定した場合に、前記駆動輪のスリップと判定しないことを特徴とする車両の制御装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の車両の制御装置において、
前記空転判定部が駆動輪の空転を判定し、前記段差通過判定部が段差の通過と判定していない場合に、前記駆動輪のスリップと判定することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両の制御装置において、
前記駆動輪のスリップと判定された場合に前記駆動輪の駆動力を所定量低減する制御処理を実行する駆動制御部を備え、
前記駆動制御部は、前記空転判定部が空転を判定した場合でも、前記駆動輪のスリップと判定されない場合には、前記制御処理を実行しないことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の車両の制御装置において、
前記駆動輪は電動モータにより駆動され、
前記駆動制御部は前記電動モータのトルクを制御することを特徴とする。

車両が段差を通過する際、駆動輪が一時的に路面から離間すると、スリップでないのにスリップ時と似た駆動輪の挙動が生じる。本発明によれば、空転判定部が駆動輪の空転を判定し、段差通過判定部が駆動輪の段差の通過を判定し、これらの判定結果に基づいてスリップが判定される。したがって、段差通過時におけるスリップ時と似た駆動輪の挙動を、スリップと誤判定することを抑制し、正しいスリップ判定を実現できる。

本発明の実施形態に係る制御装置を備えた車両を示すブロック図である。 各モジュールが実行する制御処理を示すフローチャートである。 段差を通過する電動車両の様子を示す図である。 電動車両が段差を通過する際の電動車両の各パラメータを示すタイムチャートである。 比較例のスリップ判定の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る制御装置を備えた電動車両を示すブロック図である。

本発明の実施形態に係る電動車両１は、駆動輪である前輪２ａ、２ａと、後輪２ｂ、２ｂと、前輪２ａ、２ａの動力を発生する電動モータ１１、１１と、電動モータ１１、１１を駆動するインバータ１２、１２と、電動車両１の制御を行う制御部３０と、車体のピッチ角度を検出するピッチ角度センサ２１と、車体速を計測する車体速計測部２２と、アクセルペダル２３を含む運転操作部２４と、電動モータ１１、１１の回転角度を検出する回転センサ２６、２６とを備える。回転センサ２６、２６は、前輪２ａ、２ａの回転角度を検出していると見なしてもよい。電動モータ１１、１１は、図示しないバッテリから電力を受けて駆動する。車体速計測部２２は、前輪２ａ、２ａ及び後輪２ｂ、２ｂの全ての車輪速の情報から車体速を計算する。上記の構成のうち、制御部３０、ピッチ角度センサ２１、車体速計測部２２及び回転センサ２６、２６が、本発明に係る「車両の制御装置」の一例に相当する。

制御部３０は、各部から検出値、計測値及び操作信号を入力し、運転操作と車両状態に応じた走行制御を行う。制御部３０は、１つのＥＣＵ（Electronic Control Unit）から構成されてもよいし、互いに通信を行って連携して動作する複数のＥＣＵから構成されてもよい。制御部３０においては、ＥＣＵのＣＰＵ（Central Processing Unit）が制御プログラムを実行することで、幾つかの機能モジュールが実現される。機能モジュールには、前輪２ａ、２ａのスリップを判定するスリップ判定部３４と、電動モータ１１のトルクを制御する駆動制御部３５とが含まれる。スリップ判定部３４は、前輪２ａ、２ａの空転を判定する空転判定部３１と、前輪２ａ、２ａが段差を通過したか否かを判定する段差通過判定部３２と、前輪２ａ、２ａのスリップの有無が示されるスリップ制御フラグ３３とを含む。

図２は、各モジュールが実行する制御処理の手順を示すフローチャートである。

空転判定部３１は、回転センサ２６、２６の情報に基づき前輪２ａ、２ａが空転したか判定する（ステップＳ１、Ｓ２）。空転の判定条件には、電動モータ１１、１１の角加速度が空転判定閾値ｔｈ１を超えたこと（ステップＳ１）と、超えた時間が所定時間継続すること（ステップＳ２）とが含まれる。判定の結果が否であれば、空転判定部３１はスリップ制御フラグ３３に無効値を設定し（ステップＳ４）、判定の結果が肯定であれば、空転判定部３１はスリップ制御フラグ３３に有効値を設定する（ステップＳ３）。そして、空転判定部３１は、ステップＳ１～Ｓ４の処理を繰り返す。空転判定閾値ｔｈ１は、前輪２ａ、２ａの目標駆動力（アクセルペダル２３の操作量）、車体速度、前輪２ａ、２ａの車輪速、又は、これらのうち複数を含む車両状態に応じて、値が適宜変更されてもよい。

段差通過判定部３２は、前輪２ａ、２ａが段差を通過しているか否かを判定し（ステップＳ１１）、段差を通過と判定したら、スリップ制御フラグ３３をマスクする（ステップＳ１２）。一方、段差通過判定部３２は、段差の通過でないと判定したら、スリップ制御フラグ３３のマスクを解除する（ステップＳ１３）。そして、段差通過判定部３２は、これらの処理を繰り返す。スリップ制御フラグ３３をマスクするとは、空転判定部３１がスリップ制御フラグ３３に設定した値に関わらずに、駆動制御部３５がスリップ制御フラグ３３を読み出したときに無効値となることを意味する。マスクが解除されると、空転判定部３１によりセットされた値がスリップ制御フラグ３３から読み出し可能となる。

ステップＳ１１の具体的な判定手順は、次の通りである。ステップＳ１１において、段差通過判定部３２は、ピッチ角度センサ２１の検出値から車体のピッチ角速度［ｒａｄ／ｓ］を計算し、計算されたピッチ角速度と段差判定閾値ｔｈ２（図４を参照）とを比較する。さらに、段差通過判定部３２は、ピッチ角速度が段差判定閾値ｔｈ２を超えた継続時間を計数し、継続時間が第１時間（例えばノイズの影響を除去するための短い時間）以上となった場合に、段差を通過と判定する。

スリップ判定部３４は、上述した空転判定部３１の処理と、段差通過判定部３２の処理とにより、前輪２ａ、２ａのスリップ判定を実現し、スリップ制御フラグ３３に判定結果を示す。

駆動制御部３５は、アクセルペダルの操作量に応じた前輪２ａ、２ａの目標駆動力を計算し（ステップＳ２１）、さらに、スリップ制御フラグ３３から値を読み出して有効値か否か判定する（ステップＳ２２）。判定の結果が無効値であれば、目標駆動力に対応するトルクが電動モータ１１、１１から出力されるようにインバータ１２、１２を駆動する（ステップＳ２４）。そして、再び、ステップＳ２１からの処理を繰り返す。一方、ステップＳ２２の判定の結果が有効値であれば、駆動制御部３５は、目標駆動力を低減し（ステップＳ２３）、低減された目標駆動力に対応するトルクが電動モータ１１、１１から出力されるようにインバータ１２、１２を駆動する（ステップＳ２４）。そして、再び、ステップＳ２１からの処理を繰り返す。目標駆動力の低減量は、例えば前輪２ａ、２ａのスリップ率が、高い車両安定性が得られる値（例えば１０％）となるように計算される。

＜段差通過時の制御動作＞
図３は、実施形態の電動車両が段差を通過する際の状態を示す図である。図４は、電動車両が段差を通過する際の電動車両の各パラメータの値を示すタイムチャートである。

以下では、電動車両１が、下りの段差Ｄを通過する際の、各パラメータの変化と制御動作について説明する。図４の「目標駆動力」の段に示すように、電動車両１では段差Ｄの通過前後にかけてアクセルペダル２３が踏み込まれ、一定値以上の目標駆動力が要求されているものとする。

図３に示すように、電動車両１が段差Ｄを通過する際、前輪２ａ、２ａが段差Ｄの上段から下段へ降下する際、車体のピッチ角度φが比較的急激に変化する。図４の「ピッチ角」及び「ピッチ角速度」の段に示されるように、上記の挙動に伴って、ピッチ角度センサ２１の出力は、段差Ｄの通過時において上昇し、この出力を時間微分して計算されたピッチ角速度の値が、段差判定閾値ｔｈ２を超える。

また、電動車両１が段差Ｄを通過する際、前輪２ａ、２ａが路面から離間し、かつ、前輪２ａ、２ａに駆動力が加わっていることで、前輪２ａ、２ａが空転する。図４の「速度」と「電動モータの角加速度」の段に示すように、段差Ｄの通過中、前輪２ａ、２ａの空転により、前輪２ａ、２ａの車輪速が車体の速度に対して上昇し、電動モータ１１の角加速度（前輪２ａ、２ａの角加速度）が空転判定閾値ｔｈ１を超える。

空転判定部３１は、電動モータ１１の角加速度（前輪２ａ、２ａの角加速度）が空転判定閾値ｔｈ１を超えた状態が所定期間Ｔ１継続すると、前輪２ａ、２ａが空転したと判定し、スリップ制御フラグ３３を有効値に書き換える。一方、段差通過判定部３２は、車体のピッチ角速度が段差判定閾値ｔｈ２を超え、この状態が所定時間Ｔ２継続すると、段差Ｄの通過と判定し、スリップ制御フラグ３３をマスクする。空転判定部３１が空転と判定するタイミングｔ１よりも、段差通過判定部３２が段差通過と判定するタイミングｔ２の方が早く、空転判定部３１が空転と判定する期間Ａ１の全てが、段差通過と判定される期間Ａ２に含まれる。したがって、駆動制御部３５から見たスリップ制御フラグ３３の値は、段差通過の前後に渡って無効値となり、スリップの誤判定に起因して駆動力の低減制御が行われてしまうことが抑制される。図３の「目標駆動力」及び「車速」の段に示すように、運転者は、段差Ｄの通過前後でアクセルペダル２３の操作に応じた駆動力が前輪２ａ、２ａから得られ、それに伴う車速が得られているので、違和感の少ない運転を継続できる。

なお、一旦、スリップ制御フラグ３３がマスク無しで有効値となり、駆動制御部３５が駆動力を低減する制御を開始した場合には、前輪２ａ、２ａの車輪速が車体速に近づくまで、駆動力を低減する制御が継続されてもよい。また、上記の場合には、前輪２ａ、２ａの車輪速が車体速に近づくまで、スリップ制御フラグ３３が有効値のまま継続されるように構成されてもよい。

図５は、比較例のスリップ判定の一例を示すタイムチャートである。比較例は、段差通過判定部３２を有さない場合の制御動作を示す。比較例では、段差Ｄの通過により前輪２ａ、２ａが空転した際、電動モータ１１の角加速時（前輪２ａ、２ａの角加速度）が空転判定閾値ｔｈ１を超えて、スリップ判定がなされる。そして、スリップ制御フラグが有効値にされることに基づき、前輪２ａ、２ａの目標駆動力を低減する制御が行われ、車体速及び前輪２ａ、２ａの車輪速が一旦低下する。続いて、前輪２ａ、２ａが段差Ｄを降りて、前輪２ａ、２ａの車輪速が車体速に近づくことで、スリップ判定が終了し、一旦低減された前輪２ａ、２ａの目標駆動力が、アクセルペダル２３の操作量に応じた目標駆動力まで戻される。比較例の制御動作では、段差Ｄの通過前後で車体速が一旦低下し、さらに、アクセルペダル２３の操作とは異なる駆動力の変動が生じるため、運転者に違和感が生じてしまう。

以上のように、本実施形態の電動車両１によれば、スリップ判定部３４が、駆動輪２ａ、２ａの空転を判定する空転判定部３１と、前輪２ａ、２ａの段差通過を判定する段差通過判定部３２とを有し、これらの判定結果から前輪２ａ、２ａのスリップを判定する。したがって、段差通過時の空転を誤ってスリップと判定してしまうことを抑制できる。

具体的には、空転判定部３１が前輪２ａ、２ａの空転を判定し、かつ、段差通過判定部３２が段差の通過と判定していない場合に、前輪２ａ、２ａのスリップと判定される。このような判定により、単純で信頼性の高い判定処理が実現される。なお、このような判定に限られず、例えば、空転判定部３１が前輪２ａ、２ａの空転を判定し、かつ、段差通過判定部３２が段差の通過と判定してから所定時間内（数秒以内）にある場合には、その時点で段差の通過と判定されていなくても、スリップと判定しないようにしてもよい。また、段差の大きさに応じて、上記の所定時間を大小変化させたり、所定高さ以下の段差の通過の場合には、空転の判定によりスリップと判定するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の電動車両１によれば、スリップ判定部３４によるスリップの判定に基づき前輪２ａ、２ａの駆動力を低減する駆動制御部３５を備える。したがって、路面の摩擦係数に対して大きな駆動力を加えたことにより前輪２ａ、２ａがスリップするような場合には、駆動力が低減されて電動車両１の安定した走行に寄与できる。一方、段差の通過により前輪２ａ、２ａが一時的に空転するような場合には、駆動力が低減されず運転者に違和感が生じることを抑制できる。なお、スリップ判定部３４のスリップ判定に基づく制御としては、スリップ時にトラクションを回復する制御に限られず、例えば安全運転指標としてスリップの発生数の計算と提示を行う制御など、様々な制御が適用可能である。

さらに、本実施形態の電動車両１によれば、前輪２ａ、２ａは電動モータ１１、１１により駆動され、駆動制御部３５は電動モータ１１、１１のトルクを制御する。エンジン車では、段差通過時のような短時間における前輪２ａ、２ａの挙動の変化に対応し、短時間で駆動力を変化させることが困難であるのに対して、電動モータ１１、１１の制御では短時間で駆動力を変化させることができる。したがって、段差通過時の前輪２ａ、２ａの空転を識別した制御は、電動モータ１１、１１の制御に対して、特に有用となる。

さらに、本実施形態の電動車両１によれば、車体のピッチ角度を検出するピッチ角度センサ２１を備え、段差通過判定部３２は、車体のピッチ角速度が段差判定閾値ｔｈ２を超えたことが所定時間Ｔ２（図４）継続した場合に段差の通過と判定する。ピッチ角度は、道路勾配に応じて値が変化するため、大きさだけからは段差の通過と、例えば急勾配な路面の走行とを識別することが難しい。そこで、上記のように、ピッチ角速度を用いることで、道路勾配の変化と段差の通過とを識別し、正確な段差の通過判定を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、空転判定部３１は、電動モータ１１又は前輪２ａの角加速度が閾値を所定時間継続して超えた場合に、前輪２ａの空転と判定する例を示した。しかし、例えば４輪全ての車輪速から計算される車体速と駆動輪の車輪速との差に基づき、駆動輪の空転を判定してもよいなど、様々な空転の判定方法が適用されもよい。

また、上記実施形態では、段差通過判定部３２は、車体のピッチ角速度に基づき段差通過を判定する構成を示したが、その他の様々な判定方法が適用されてもよい。例えば、カメラにより前方の路面を撮影し、画像解析を行って段差及び段差の通過を判定する構成が採用されてもよい。また、駆動輪が後輪である場合、前輪の段差通過の衝撃等の検出に基づき、続いて駆動輪である後輪が段差を通過することを判定する構成が採用されてもよい。また、タイヤに付加される空気圧センサ又は駆動輪の近傍に付加された鉛直方向の加速度センサの出力に基づきタイヤが路面から離間したことを検出し、これを段差の通過と判定する構成が適用されてもよい。また、路面状況情報を無線通信により提供する情報サービス、あるいは、前後車両との間で路面状況情報を交換する情報サービスを介して、これから通過する路面に段差があることを示す情報が得られた場合に、段差の通過と判定する構成が適用されてもよい。また、上記実施形態では、駆動輪が前輪２ａ、２ａである構成を示したが、全ての車輪が駆動輪であってもよいし、後輪が駆動輪であってもよい。また、２つの前輪２ａ、２ａの各々に電動モータ１１が備わる構成を示したが、１つの電動モータで２つの駆動輪又は４つの駆動輪を駆動する構成が採用されてもよい。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１ 電動車両
２ａ 前輪（駆動輪）
２ｂ 後輪
１１ 電動モータ
１２ インバータ
２１ ピッチ角度センサ
２２ 車体速計測部
２３ アクセルペダル
２６ 回転センサ
３０ 制御部
３１ 空転判定部
３２ 段差通過判定部
３３ スリップ制御フラグ
３５ 駆動制御部
φ ピッチ角度
ｔｈ１ 空転判定閾値
ｔｈ２ 段差判定閾値

Claims (4)

1. 駆動輪の空転を判定する空転判定部と、
   前記駆動輪の段差の通過を判定する段差通過判定部と、
   車体のピッチ角度を検出するピッチ角度センサと、
   を備え、
   前記段差通過判定部は、車体のピッチ角速度が所定時間継続して閾値を超えた場合に段差の通過と判定し、
   前記空転判定部の判定結果と前記段差通過判定部の判定結果とに基づいて前記駆動輪のスリップを判定し、
   前記空転判定部が前記駆動輪の空転を判定し、前記段差通過判定部が段差の通過と判定した場合に、前記駆動輪のスリップと判定しないことを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記空転判定部が前記駆動輪の空転を判定し、前記段差通過判定部が段差の通過と判定していない場合に、前記駆動輪のスリップと判定することを特徴とする請求項１記載の車両の制御装置。
3. 前記駆動輪のスリップと判定された場合に前記駆動輪の駆動力を所定量低減する制御処理を実行する駆動制御部を備え、
   前記駆動制御部は、前記空転判定部が空転を判定した場合でも、前記駆動輪のスリップと判定されない場合には、前記制御処理を実行しないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両の制御装置。
4. 前記駆動輪は電動モータにより駆動され、
   前記駆動制御部は前記電動モータのトルクを制御することを特徴とする請求項３記載の車両の制御装置。

Images