WO2011155612A1 - 電動車両のピッチング制御装置 - Google Patents

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WO2011155612A1
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torque
electric vehicle
vehicle
pitching
braking
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PCT/JP2011/063411
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一野瀬　昌則
知彦 安田
佐藤　隆之
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日立建機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control apparatus for an electric vehicle, and more particularly to a technology for suppressing a pitching motion of the vehicle.
  • the movement of the posture of the vehicle is determined by the expansion and contraction of the front and rear wheels, and is called pitching movement.
  • a moment around the center of gravity occurs in a direction called pitching moment in which the longitudinal direction of the vehicle changes in the vertical direction.
  • This pitching moment causes a pitching motion.
  • the braking torque is continuously applied to the vehicle until the vehicle stops, so that a nose dive in which the front portion of the vehicle sinks due to the pitching moment occurs.
  • the vehicle is provided with a damper device that attenuates the vibration generated by the spring of the suspension.
  • Patent Document 1 there is known a technology for complementing the function of the suspension to stabilize the vehicle body posture by controlling the driving force of the vehicle.
  • Patent Document 1 operates to increase or decrease the braking / driving torque of the vehicle in a phase opposite to the induced pitching motion in order to suppress the pitching motion of the vehicle body.
  • control is performed to reduce the deceleration of the vehicle or accelerate the vehicle so as to cancel the pitching motion itself caused by the nose dive that inevitably occurs at the time of braking.
  • This control may reduce the braking torque necessary for deceleration more than necessary, and may extend the braking distance more than necessary, for example, to deteriorate the drivability.
  • the neutral position of the suspension which is a reference, changes due to gravity, so that appropriate braking / driving torque can not be increased or decreased, and there is a possibility that pitching motion can not be suppressed.
  • the weight of the vehicle changes significantly due to changes in the load of passengers and cargo.
  • the present invention has been made focusing on such problems.
  • the purpose is to control well the pitching motion that the swing back vibration of the nose dive generated by the sudden disappearance of the deceleration by the braking / driving torque of the vehicle at the moment of the vehicle stop, and the pitching motion at the time of braking the vehicle. Control posture change by
  • the pitching control device can be considered to have the following configuration.
  • the present invention relates particularly to a pitching control device for an electric vehicle.
  • a pitching control device for an electric vehicle which performs control to suppress a change in posture of the electric vehicle caused by pitching movement of the electric vehicle, a braking / driving torque command output to a drive motor for driving the electric vehicle when the electric vehicle is stopped. Control is performed so that the value becomes a running resistance equivalent torque, which is a value obtained by converting the force required to keep the electric vehicle stationary on the road surface having a slope to the torque of the driving motor.
  • the present configuration is characterized in that the braking / driving torque command value output to the drive motor for driving the electric vehicle becomes the running resistance equivalent torque when the electric vehicle is stopped.
  • the travel resistance equivalent torque is a value obtained by converting the force required to keep the electric vehicle stopped on the road surface having a slope into the torque of the drive motor.
  • vehicles always resist the road. For example, when the vehicle travels up the hill and then stops, the vehicle receives a force to be pulled backward with respect to the hill. Conversely, when traveling down a downhill and stopping, the vehicle receives a force to move forward to the downhill. That is, when the vehicle is stopped, since the above-described force is always applied to the vehicle, the vehicle can be stopped by applying a reverse force to the vehicle to balance the above-described force. This force is converted to the torque of the drive motor to obtain a running resistance equivalent torque.
  • the braking / driving torque command value output to the driving motor when the vehicle is stopped becomes the running resistance equivalent torque. Control.
  • the pitching control is performed, and the braking / driving torque command value output to the driving motor is controlled by the driver's pedal operation so that the torque equivalent to the running resistance is obtained when the electric vehicle is stopped.
  • the braking / driving torque calculated based on the deceleration request is corrected.
  • the configuration of the pitching device is a drive that calculates the braking / driving torque calculated based on the acceleration / deceleration request of the electric vehicle by the driver's pedal operation and outputs this to the driving motor as a braking / driving torque command value.
  • Device and equivalent to running resistance whose braking / driving torque command value is a value obtained by converting the force required to keep the electric vehicle stopped with respect to the road surface having a slope when the electric vehicle is stopped, into the torque of the driving motor
  • a torque correction value calculator for calculating a torque correction value for the braking / driving torque so as to be a torque, and the drive device corrects the braking / driving torque based on the torque correction value calculated by the torque correction value calculator. And output this to the drive motor as a braking / driving torque command value.
  • the driver is connected to an accelerator pedal and a brake pedal, which are operation units for the driver to output an acceleration / deceleration request, and the braking / driving torque based on the driver's acceleration / deceleration request generated by operating them is It is calculated and output to the drive motor as a braking / driving torque command value.
  • the torque correction value calculated in the torque correction value calculator is input to the drive device, and correction is performed on the braking / driving torque calculated based on the driver's acceleration / deceleration request.
  • the running resistance equivalent torque is calculated by the braking / driving torque calculated based on the accelerator pedal and the brake pedal for the driver to issue an acceleration / deceleration request, and the vehicle inertia equivalent torque calculated from the differential value of the speed of the electric vehicle. It can be determined by the difference.
  • the pitching control of the electric vehicle starts the correction when the integrated value of the sum of the drive torque command value and the traveling resistance equivalent torque matches the speed of the electric vehicle. Then, the corrected braking / driving torque is output to the driving motor as a braking / driving torque command value.
  • the torque correction value calculator has a correction function for calculating the torque correction value, and the torque control value is calculated according to the correction function so that the braking / driving torque command value becomes the running resistance equivalent torque when the electric vehicle is stopped. calculate.
  • the correction function is, for example, a linear function
  • the braking / driving torque is corrected linearly, that is, according to a linear function, so that the braking / driving torque command value becomes a traveling resistance equivalent torque when the vehicle stops. .
  • the correction function is changed according to the change in the size of the weight of the electric vehicle over time.
  • the weight of the passenger and the load cause a change in the weight of the vehicle.
  • a change in weight causes a change in the natural frequency of the pitching motion because the moment of inertia of the vehicle body also changes, and this is an important state quantity to be considered in performing pitching control.
  • correction function is changed according to the change of the magnitude of the running resistance equivalent torque with the passage of time.
  • the road surface is not flat but has a slope, and the road slope may change with traveling.
  • Such a change in the gradient changes the longitudinal weight distribution of the vehicle, and when the spring of the suspension has non-linearity, the change of the neutral position due to the change of the axial load also changes the spring constant. Since the natural frequency of H also changes, it becomes difficult to realize effective pitching control.
  • the correction function is changed according to the change of the pitching amount which is the amplitude amount of the pitching motion of the electric vehicle with the passage of time.
  • the stiffness of the suspension is estimated by considering the magnitude of the road surface gradient, and the correction function is changed.
  • the correction function is changed.
  • the torque correction value is the difference between the pitching amount, which is the magnitude of the amplitude of the pitching vibration, and the target pitching amount calculated based on the acceleration of the electric vehicle, the weight of the vehicle, and the torque equivalent to traveling resistance. It is calculated based on the difference between the time differential value and the time differential value of the target pitching amount.
  • the pitching control device for an electric vehicle effectively prevents generation of a pitching motion due to a swingback of a nose dive by preventing a discontinuity in deceleration that occurs at the moment when the vehicle is stopped at the time of braking of the vehicle. It becomes possible to suppress. Furthermore, even if there is a significant change in running resistance due to the slope of the running road surface, etc., it is always possible to appropriately control the braking torque, and maneuver stability can be improved while securing the riding comfort of the occupant in various running conditions. It has the effect of
  • FIG. 1 It is a whole block diagram of the Example apparatus in the pitching control apparatus of the electric vehicle of this invention. It is a figure which shows the pitching motion of a vehicle typically. It is a figure showing typically an input-output signal of a control device in a case where amendment by a pitching control device of electric vehicles of the present invention is not performed. It is the figure which represented typically the input-output signal of the control apparatus in the pitching control apparatus of the electric vehicle of this invention. It is a figure which shows the flow of the process in the pitching control apparatus of the electric vehicle of this invention.
  • FIG. 2 is a view schematically showing the pitching movement of the vehicle.
  • the vehicle body 201 is supported and coupled to the front and rear wheels 203 and 204 via the front and rear suspension devices 205 and 206, respectively.
  • the weight of the vehicle body 201 is m
  • the moment of inertia in the pitching motion is I
  • the moment of the pitching motion is M
  • the pitching amount is ⁇ .
  • the stiffness of the suspension device with respect to pitching movement is K
  • damping is C
  • the ground height of the center of gravity 202 of the vehicle body 201 is h
  • the distances from the front wheel 203 and the rear wheel 204 are lf and lr, respectively.
  • load movement amounts Ff and Fr of the front and rear wheels due to the acceleration motion of the vehicle will be considered.
  • the acceleration motion in the back and forth direction of the center of gravity point 202 at the height h from the ground is supported on the ground at points separated by distances lf and lr.
  • FIG. 3 shows a time-series response waveform of pitching movement represented by vehicle speed, braking / driving torque, and pitching angle when a vehicle traveling at a constant speed on a flat ground suddenly stops with a constant braking torque from a certain time It is shown in.
  • braking / driving torque represents a driving torque in a positive value, a braking torque in a negative value, and no braking / driving torque in 0.
  • the vehicle speed 301 decreases at a constant slope as at 302 and reaches a stop.
  • the pitching movement converges to the amount given by equation (6) above, which results in a pre-bump or nose dive.
  • the nose dive is a state in which the vehicle body is at the forefront due to the front wheel suspension being contracted by the rotational moment of the vehicle body due to deceleration, and the spring stores energy, and this state continues until the vehicle is stopped.
  • FIG. 1 is a whole block diagram in the pitching control apparatus of the electric vehicle of this invention.
  • the electric vehicle of the present invention travels by the front wheel 101 and the rear wheel 102.
  • the front wheel 101 and the rear wheel 102 are attached to the vehicle body so as to be vertically swingable by suspensions 103 and 104, respectively.
  • a steering wheel 105 is connected to the front wheel 101, and is configured such that a driver can steer around by steering the steering wheel.
  • a drive motor 112 is mechanically connected to the rear wheel 102.
  • the accelerator pedal 106 and the brake pedal 107 are operation units for inputting an acceleration request and a deceleration request of the driver, and these request outputs are input to the drive device 108.
  • the drive device 108 calculates a necessary braking / driving torque based on the input acceleration / deceleration request by the driver's pedal operation, and outputs this to the driving motor 112 as a braking / driving torque command value.
  • the calculated braking / driving torque is corrected with a torque correction value described later, and this is output to the driving motor 112 as a braking / driving torque command value.
  • the driving motor 112 can be driven and braked according to the input braking / driving torque command value.
  • the running resistance calculation means 110 calculates a running resistance equivalent torque which is a value obtained by converting the force to be applied to the electric vehicle in order to keep the vehicle stopped on the road surface having a slope.
  • the travel resistance equivalent torque is a resistance acting on the vehicle when the road surface is in contact with the vehicle. For example, when the vehicle moving forward with respect to the uphill stops, a force is generated that pulls the vehicle backward, so if the vehicle does not apply a reverse force that balances this pull force, I can not stop on the hill. Since the running resistance equivalent torque at this time is the driving torque, the value takes a positive value.
  • the braking / driving torque command value output to the drive motor is controlled to be the running resistance equivalent torque calculated by the running resistance calculation unit 110.
  • the torque correction value calculator 109 is connected to the rear wheel 102 or the drive motor 112 by the speed detection means 111 and detects the vehicle speed detected by measuring the number of rotations of the rear wheel 102; Also, the traveling resistance equivalent torque calculated by the traveling resistance calculation means 110 is input, and a torque correction value is calculated based on these values.
  • the torque correction value calculated in this manner is input to the drive device 108, and torque correction is added to the braking / driving torque calculated based on the acceleration / deceleration request by the driver's pedal operation.
  • the braking / driving torque command value output to the driving motor can be used as the traveling resistance equivalent torque when the vehicle is stopped. Therefore, the pitching movement at the time of sudden stop of the vehicle can be returned to the neutral position immediately before the stop, and reliable and highly accurate control which is not influenced by the traveling resistance can be realized even on the traveling road surface especially with a slope.
  • the travel resistance equivalent torque calculated by the travel resistance calculation means 110 is the braking / driving torque calculated by the drive unit 108 based on the acceleration / deceleration request of the electric vehicle by the driver's pedal operation amount (in other words, from the drive unit 108) It is calculated from the difference between the braking / driving torque command value output to the driving motor 112 and the vehicle inertia equivalent torque obtained from the time differential value of the vehicle speed detected by the speed detecting means 111.
  • the torque of the motor can be detected with high accuracy from the supplied current value, and may be used instead of the braking / driving torque calculated by the drive device 108.
  • the vehicle speed is detected by the speed detection means 111 by measuring the number of rotations of the rear wheel 102 connected to the rear wheel 102 or the drive motor 112. Since it is possible to obtain the running resistance equivalent torque by subtracting the torque required to actually accelerate the vehicle body from the torque output from the motor, the running resistance equivalent torque can be obtained without adding a sensor. Calculation can be performed, and cost reduction of the control device can be realized.
  • the pitching motion at the time of sudden stop is mainly due to the free vibration of the spring due to the energy stored in the suspension being released by the nose dive at a stretch. Therefore, it is necessary to return the suspension position by the nose dive to the neutral position before the vehicle is stopped so that the spring does not cause free vibration.
  • the braking / driving torque is smoothly reduced immediately before stopping, thereby suppressing rapid acceleration variation and reducing the pitching movement.
  • FIG. 4 shows a specific response waveform of the pitching movement at that time.
  • FIG. 4 shows an example on a traveling road surface of a rising slope.
  • 401 to 403 indicate the vehicle speed
  • 404 to 407 indicate the braking / driving torque applied to the vehicle
  • 408 indicates the pitching response.
  • reference numeral 410 denotes a control start timing
  • reference numeral 411 denotes a timing when the control ends and the vehicle stops.
  • the vehicle speed decreases with a constant inclination as at 402 as described above for the pitching movement.
  • the pitching movement at that time causes an amount of forward detonation corresponding to the deceleration, that is, a nose dive during a period in which a constant braking torque is applied.
  • the braking / driving torque is controlled as 406 so that the braking torque becomes equal to the traveling resistance equivalent torque at timing 411 when the vehicle speed becomes zero and the vehicle stops, the magnitude of the pitching movement also returns to the neutral position. It does not cause swing back vibration after stopping.
  • the torque correction value calculator 109 calculates the torque correction value, corrects the braking / driving torque calculated based on the driver's acceleration request and deceleration request, and the braking / driving torque command value
  • the pitching movement can be controlled effectively by performing control so that the torque equivalent to the running resistance is obtained.
  • Such control of the braking / driving torque causes the magnitude of the pitching movement to decrease accordingly, and the vehicle speed asymptotically approaches zero with the lapse of time until the vehicle stops as indicated by 403.
  • the vehicle accelerates or slips down the slope even after the speed becomes zero. Discontinuity occurs in the acceleration and swing back vibration occurs.
  • the running resistance equivalent torque in this embodiment at the start of control described in the second embodiment described later, the running resistance equivalent torque for a slope road surface on which the electric vehicle is running is applied.
  • the torque correction value calculator 109 calculates the torque correction value based on the running resistance equivalent torque calculated by the running resistance calculation unit 110, and the driving device 108 controls the torque correction value based on the torque correction value.
  • the drive torque is corrected and is output to the drive motor 112 as a braking / driving torque command value.
  • the specific method for calculating the torque correction value has not been described, but in the present embodiment, the driving torque is corrected according to the correction function f (t) given in advance as the torque correction value Trev. Do.
  • FIG. 5 shows the flow of processing in the pitching control device of the electric vehicle of the present invention.
  • step S01 the torque correction value calculator 109 calculates the vehicle state amount, for example, the operation amount of the brake pedal 107 by the driver, the vehicle speed measured by the speed detection means 111, and the driving The braking / driving torque command value to be output to the motor 112 is confirmed.
  • step S02 it is determined whether the vehicle is in a state immediately before the stop and whether pitching control should be performed.
  • step S03 If the control condition is not satisfied, the process returns to step S01. If the control condition is satisfied, the process proceeds to step S03.
  • step S03 the vehicle speed v measured by the speed detection means 111 and the braking / driving torque command value T output from the drive device 108 to the drive motor 112 are confirmed.
  • step S04 it is determined whether it is the control start timing.
  • step S05 If it is determined that the control start timing has come, the process proceeds to step S05.
  • step S01 the process returns to step S01, and the vehicle state is confirmed again.
  • the specific determination method of the control start timing in this step S04 is as follows.
  • the deceleration can be obtained by dividing the decelerating torque by the tire radius rt and the vehicle weight m.
  • the amount of deceleration after the control starts vcont ⁇ ⁇ (T0 + f (t) ⁇ Tresist) / rt / m) dt (9) Is calculated and compared with the vehicle speed v measured by the current speed detection means 111.
  • ⁇ T is the slope of the correction function.
  • the torque correction value Trev is output to the drive device 108 in step S05.
  • Trev ⁇ T ⁇ t (14)
  • the correction value represented by is output to the driving device 108.
  • step S06 the time t is increased by the control cycle, and in step S07, the end of the control period, for example, t t tcont, or when the vehicle is stopped, this loop is exited and the process is ended.
  • the braking / driving torque can be corrected in accordance with a correction function previously given as a torque correction value.
  • a correction function previously given as a torque correction value.
  • the function be such that control is performed such that the braking / driving torque command value output to the driving motor when the vehicle is stopped asymptotically becomes the traveling resistance equivalent torque.
  • the rate of change of the correction function is sufficiently lower than the frequency characteristics of the drive device 108 and the drive motor 112, and of course lower than the frequency characteristics of the pitching movement of the vehicle body caused by torque fluctuations. It is preferable that the change be as gradual as possible within an acceptable range.
  • the running resistance equivalent torque calculated by the running resistance calculation means 110 is used as a control target value in the torque correction value calculator 109, and similarly, the vehicle speed detected by the speed detection means 111 is a torque correction value calculation.
  • control can be performed such that the braking / driving torque command value output to the driving motor 112 becomes the traveling resistance equivalent torque.
  • a non-linear spring is used in a suspension device in order to achieve both ride comfort and steering stability.
  • the stiffness K of the suspension device in the above equation is generally a function of the vehicle weight m. That is, when the vehicle weight m changes, the amount of deflection of the suspension device also changes non-linearly, and the pitching rigidity also changes, whereby the natural frequency of the pitching movement also changes.
  • the center of gravity position changes with the weight change of the passenger or the load
  • the height of the center of gravity h also largely changes in conjunction with the change of the suspension deflection amount.
  • vehicle weight determination means 113 and 114 provided near the front wheel 101 and the rear wheel 102 are provided.
  • Vehicle weight determination means 113 and 114 calculate the weight of the vehicle by taking the product of the known suspension spring constant and the suspension displacement obtained using, for example, the stroke sensors of the suspension devices 103 and 104 of the vehicle. It is a thing.
  • the wheel load of each wheel can be calculated by a pressure sensor installed in the hydraulic suspension system, and the total weight with the above-mentioned vehicle weight can be taken to determine the total weight of the vehicle including crew and cargo. It is possible.
  • the method of weight determination shall not be limited, for example, by measuring the distance between the vehicle body and the ground or using a strain sensor attached to a load indication portion of the vehicle body or the suspension device.
  • the correction function f (t) described in the second embodiment is appropriately changed / adjusted. This makes it possible to calculate an appropriate drive torque correction value even when the vehicle weight changes.
  • the natural frequency of the pitching motion is proportional to the inertia moment of the vehicle body and inversely proportional to the pitching stiffness, so the change of the vehicle weight is suitable for the controller Effective pitching control can not be realized if it does not reflect in.
  • the amount of change over time of the correction function f (t) described in the second embodiment is adjusted in accordance with the natural frequency.
  • the relationship between the vehicle weight and the natural frequency of the pitching motion is calculated in advance, and if the natural frequency according to the determined vehicle weight is high, the change in the pitching motion is steep and ⁇ T is increased. Conversely, if the natural frequency is low, the change in pitching motion is slow, so it is conceivable to make ⁇ T smaller accordingly and to make the correction function gentler.
  • step S01 the vehicle weight obtained by the vehicle weight determination means by the above-described determination method is used. It confirms, and the function of the correction function calculation in step S04 and step S05 shall be adjusted using the vehicle weight.
  • the natural frequency of the pitching movement accompanying the change of the vehicle weight is reflected in the control using the vehicle weight determination means, and the vehicle weight is significantly increased especially by the change of the load weight. It is possible to realize reliable and highly accurate control that is not influenced by the loading condition of a changing truck etc., and this invention is suitable for transportation equipment.
  • the natural frequency of the pitching motion also changes in inverse proportion to the pitching stiffness, so effective pitching control can not be realized unless the change in road surface gradient is properly reflected in the control device. .
  • the magnitude of the amount of change of the correction function f (t) with respect to the passage of time is adjusted in accordance with the natural frequency. For example, the relationship between the running resistance equivalent torque and the natural frequency of the pitching motion is calculated in advance, and if the natural frequency corresponding to the calculated running resistance equivalent torque is high, the change in the pitching movement is considered to be steep. Increase the speed of change of f (t).
  • the torque equivalent to the running resistance calculated using the running resistance calculation means that is, the change in the road surface gradient is reflected in the control. It is an invention that can maintain control performance.
  • a mode is shown in which the correction function f (t) is changed based on the pitching amount obtained by the pitching amount detection means 115, 116 for detecting the magnitude of the pitching of the suspension.
  • the vehicle acceleration is calculated from the time differential value of the vehicle speed measured by the speed detecting means 111, and the pitching response gain is obtained by dividing the pitching amount by the vehicle acceleration. be able to.
  • this pitching response gain is a coefficient of ax on the right side of the equation (6) and is in inverse proportion to the pitching stiffness, it is considered that if the pitching response gain is large, the natural frequency of the pitching vibration becomes low and the change becomes slow.
  • the correction function can be appropriately corrected from the pitching rigidity, and a further improvement in the accuracy of the control device can be realized.
  • the torque equivalent to the running resistance in the running resistance calculation means 110 that calculates the running resistance equivalent torque including the gradient of the running road surface Based on the acceleration and the weight of the electric vehicle, a target pitching amount for predicting the pitching movement state amount of the vehicle is calculated.
  • a so-called feedback correction method may be considered in which the torque correction value is determined by the difference between the target value and the pitching amount which is the magnitude of the amplitude of the actual pitching vibration by the pitching amount detection means 115 and 116.
  • feedback correction may be performed by using the difference of the pitching speed which is each time derivative value of these.
  • the drive torque correction can be appropriately corrected according to the actual situation, and the control device can be made robust.
  • the braking / driving torque is corrected immediately before the stop, so depending on the correction content, the stop distance may be slightly extended.
  • the steering operation amount detection means 118 attached to the steering wheel 105, the accelerator pedal 106 and the brake pedal 107, the steering amount and steering speed of the steering wheel are larger than predetermined values. Do emergency evasion operation.
  • the front obstacle detection means 117 may detect a front obstacle.
  • the front obstacle detecting means 117 may be, for example, a method of irradiating a laser, a millimeter wave, an ultrasonic wave or the like forward to detect its reflected wave, or using a camera to detect a front obstacle image.
  • the braking torque can be maximized to shorten the braking distance, the influence of the control on the emergency braking can be suppressed, and the safety of the control device can be improved.
  • the regenerative torque used to decelerate the vehicle is smaller than the weight of the vehicle, and the brake pedal operation at the time of the vehicle stop is usually the maximum operation.
  • the operation amount of the brake pedal 107 is continuously maintained at the maximum amount as described above, it can be determined that the brake operation is for stopping the vehicle, and a slight brake for speed adjustment It is possible to determine that it is not an operation.
  • operator is detected by the driving operation amount detection means 118 attached to the brake pedal 107 similarly to embodiment mentioned above.
  • the brake pedal When the vehicle is stopped, the brake pedal is operated to obtain a desired vehicle deceleration. Then, immediately before the stop, the driver often performs an operation to try to suppress the pitching vibration empirically by loosening the pedal slightly.
  • operator is detected by the driving operation amount detection means 118 attached to the brake pedal 107 similarly to embodiment mentioned above.
  • the driver may check the position while advancing at a low speed and may perform a braking operation at the stop position for stop position adjustment in the case of loading of a load or the like.
  • the speed of the vehicle is detected and monitored by the vehicle speed detection means 111, and it is determined that the vehicle is traveling for the stop position adjustment when the brake pedal operation is performed below the preset speed. And suppress the above-mentioned correction of the braking and driving torque.
  • the concrete composition of the present invention is not limited to the above-mentioned example, Design of the range which does not deviate from the gist of the invention Modifications and the like are included in the present invention.

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Abstract

　車両の制動時におけるピッチング運動による姿勢変化の抑制のために、車両の制動力を適切に制御することで車両停止の瞬間に起こる減速度の不連続を防止し、車両のピッチング運動を良好に制御し、かつ路面勾配による走行抵抗の大幅な変化や、運転者や積荷の増減により車両重量に大幅な変化があっても乗員の乗り心地を確保しつつ操縦安定性を高めることのできる電動車両のピッチング制御装置を提供する。　電動車両のピッチング運動によって生じる電動車両の姿勢変化を抑制する制御を行う電動車両のピッチング制御装置において、電動車両が停止時に、電動車両を駆動する駆動用モータに対して出力される制駆動トルク指令値が、勾配を有する路面に対して電動車両が停止状態を保つために必要な力を駆動用モータのトルクに換算した値である走行抵抗相当トルクとなるように制御を行う。

Description

電動車両のピッチング制御装置
　本発明は、電動車両の車両制御装置に係り、より詳しくは車両のピッチング運動を抑制する技術に関する。
　車両の姿勢の動きは、前輪と後輪のサスペンション伸縮により決まり、ピッチング運動と呼ばれている。
　このピッチング運動により生じる車両の姿勢の動きは、走行状態や路面の状態によって変化することが知られている。
　例えば、車両が加速や減速を行うと、ピッチングモーメントと呼ばれる車体の前後方向が上下に変化する向きに重心点周りのモーメントが発生する。
　このピッチングモーメントによってピッチング運動が引き起こされる。
　特に、車両が制動により停止する際には、車両停止に至るまで車両に制動トルクが継続的に付加されるため、ピッチングモーメントにより車両前部が沈み込むノーズダイブが発生する。
　そして、この制動トルクによる減速度は、車両停止とともに突然消滅するため、ノーズダイブによってサスペンションに蓄えられたエネルギーが一度に解放されノーズダイブの揺り戻し振動が発生するという問題がある。
　そこでこのようなピッチング運動、ならびにピッチングモーメントにより生じるノーズダイブによる姿勢変化を抑制するため、車両にはサスペンションのバネで発生した振動を減衰させるダンパー装置が設けられている。
　このサスペンション装置におけるバネ及びダンパーの設定により、車両の乗り心地と操縦安定性を調整するが、乗り心地と操縦安定性の両立は非常に困難である。
　これは乗り心地と操縦安定性は相反する特性である上に、現実の車両では搭乗者や積荷などの積載量の変化により車両重量が大きく変化することからあらゆる状況での最適値を決定することが困難であることによる。
　一方、特許文献１に開示されているように、車両の駆動力を制御することにより、サスペンションの機能を補完して車体姿勢を安定化させる技術が知られている。
　これは、車体の前輪部が上昇した場合には、車両の駆動トルクを減少させ、路面反力による前輪を上昇させる方向のモーメントを減少させ、逆に前輪部が下降する場合には、車両の駆動トルクを増加させ路面反力による前輪を上昇させる方向のモーメントを増加させることで、車両のピッチング運動を抑制する技術である。
特開昭６２－１２３０５号公報
　上記特許文献１に開示された従来技術は、車体のピッチング運動を抑制するために、引き起こされたピッチング運動とは逆の位相で車両の制駆動トルクを増減させるように動作するものである。
　つまり、本来制動時に必ず生じてしまうノーズダイブによるピッチング運動そのものを打ち消すように、車両の減速度を低下させたり車両を加速させたりするような制御を行っている。
　この制御は、減速に必要な制動トルクを必要以上に減少させてしまい、制動距離が必要以上に伸びるなど運転性が低下する恐れがあり好ましくない場合がある。
　また、勾配のある路面では重力により基準となるサスペンションの中立位置が変化することから適切な制駆動トルクの増減ができず、ピッチング運動を抑制できない恐れがある。
　特に建設機械においては、搭乗者や積荷などの積載量の変化により車両重量が大きく変化する。
　このような変化においても、制駆動トルク制御による運転性の低下を防ぎ、ピッチング運動の抑制を実現するように、制駆動トルクの最適値を決定する必要がある。
　本発明はこのような問題に着目してなされたものである。
　その目的は、車両停止の瞬間において、車両の制駆動トルクによる減速度が突然消滅することによって生じるノーズダイブの揺り戻し振動が発生するというピッチング運動を良好に制御し、車両の制動時におけるピッチング運動による姿勢変化の抑制を行う。
　また、路面勾配による走行抵抗の大幅な変化や、搭乗者や積荷の増減により車両重量に大幅な変化があっても乗員の乗り心地を確保しつつ操縦安定性を高めることのできる電動車両のピッチング制御装置を提供することにある。
　車両停止の瞬間において、車両の制駆動トルクによる減速度が突然消滅することによって生じるピッチング運動の抑制を行うための制御、さらには、車両が走行中の時間経過に伴い、車両が走行する路面の勾配が変化する場合、また、搭乗者や積荷の増減により車両重量に生じる大幅な変化が生じる場合であっても、搭乗者の乗り心地を確保しつつピッチング制御を行うための方策として、車両のピッチング制御装置は、以下のような構成をとることが考えられる。
　本発明では、特に電動車両のピッチング制御装置に関するものである。
　電動車両のピッチング運動によって生じる電動車両の姿勢変化を抑制する制御を行う電動車両のピッチング制御装置において、電動車両が停止時に、電動車両を駆動する駆動用モータに対して出力される制駆動トルク指令値が、勾配を有する路面に対して電動車両が停止状態を保つために必要な力を駆動用モータのトルクに換算した値である走行抵抗相当トルクとなるように制御を行う。
　本構成においては、電動車両が停止時において、電動車両を駆動する駆動モータに対して出力される制駆動トルク指令値が、走行抵抗相当トルクとなることが特徴である。
　走行抵抗相当トルクとは、勾配を有する路面に対して電動車両が停止状態を保つために必要な力を駆動用モータのトルクに換算した値である。勾配路面において車両は、常に路面に対して抵抗が生じている。例えば、車両が登り坂を登るように走行し停止する場合には、車両には登り坂に対して後ろに引かれるような力を受ける。逆に、下り坂を下るように走行し停止する場合には、車両は下り坂に対して前進するような力を受ける。つまり、車両停止時においては、車両には上記のような力が常にかかっているので、車両は上記の力とつりあうような逆向きの力を車両に加えることで停止することができる。この力を、駆動用モータのトルクに換算したものが走行抵抗相当トルクである。
　本発明では、このような勾配路面に対してもピッチング制御を行い、停止を確実に行うために、車両停止時において駆動用モータに出力される制駆動トルク指令値が走行抵抗相当トルクとなるように制御を行う。
　また、本発明において、ピッチング制御が行われ、駆動用モータに出力される制駆動トルク指令値は、電動車両が停止時に走行抵抗相当トルクとなるように、運転者のペダル操作による電動車両の加減速要求に基づき算出される制駆動トルクを補正したものである。
　また、本発明のピッチング装置の構成は、運転者のペダル操作による電動車両の加減速要求に基づき算出される制駆動トルクを算出し、これを制駆動トルク指令値として駆動用モータに出力する駆動装置と、制駆動トルク指令値が、電動車両が停止時において勾配を有する路面に対して電動車両が停止状態を保つために必要な力を駆動用モータのトルクに換算した値である走行抵抗相当トルクとなるように、制駆動トルクに対するトルク補正値を算出するトルク補正値算出器とを有し、駆動装置は、トルク補正値算出器において算出されたトルク補正値に基づいて制駆動トルクの補正を行い、これを制駆動トルク指令値として駆動用モータに出力する。
　駆動装置は、運転者が加減速要求を出力するための操作部であるアクセルペダル及びブレーキペダルが接続されており、それらを操作することにより生じる運転者の加減速要求に基づいた制駆動トルクを算出し、これを制駆動トルク指令値として駆動用モータに出力する。
　制駆動トルク指令値を、車両が停止する際に、走行抵抗相当トルクに一致させるような制御を行うために、制駆動トルクに対するトルク補正値を算出する必要がある。この補正値を算出するのがトルク補正値算出器である。
　トルク補正値算出器において算出されたトルク補正値を駆動装置に入力し、運転者の加減速要求に基づいて算出した制駆動トルクに対して補正を行う。
　また、走行抵抗相当トルクは、運転者が加減速要求を出すためのアクセルペダルとブレーキペダルに基づいて算出された制駆動トルクと、電動車両の速度の微分値から算出した車体慣性相当トルクとの差分によって求めることができる。
　電動車両のピッチング制御は、駆動トルク指令値および走行抵抗相当トルクの合計の積分値が、電動車両の速度と一致したときに補正を開始する。そして、補正した制駆動トルクを制駆動トルク指令値として駆動用モータに対して出力する。
　トルク補正値算出器は、トルク補正値を算出するための補正関数を有し、制駆動トルク指令値が、電動車両が停止時において走行抵抗相当トルクとなるように、補正関数に従ってトルク補正値を算出する。
　ここで、補正関数は、例えば一次関数であれば、制駆動トルク指令値が車両停止時に走行抵抗相当トルクとなるように、制駆動トルクを直線的に、すなわち一次関数に従って補正を行うようにする。
　補正関数は、時間経過に伴う電動車両の重量の大きさの変化に応じて変更される。
　電動車両では、搭乗者や積荷量によって車両重量の変化が生じる。このような重量変化は、車体の慣性モーメントも変化することからピッチング運動の固有振動数の変化を引き起こすので、ピッチング制御を行うにあたっては考慮すべき重要な状態量となっている。
　特にダンプトラックなどの荷役用車両においては、荷物の積み下ろしが頻繁に生じ、時間経過に伴って電動車両の重量は大きく変化することが考えられる。このような電動車両の重量の大きさの変化を、トルク補正値を算出する際の補正関数に反映させることで、電動車両の積載状況などに影響されずに確実かつ高精度な制御を行うことができる。
　また、補正関数は、時間経過に伴う走行抵抗相当トルクの大きさの変化に応じて変更される。
　電動車両が走行する際に、その路面は、平坦なものではなく勾配を有するものであり、かつ走行に伴ってその路面勾配は変化することが考えられる。このような勾配の変化によって車両の前後重量配分が変化し、サスペンションのバネが非線形性を有している場合には、軸荷重変化による中立位置の変化によってバネ定数も変化し、それに伴いピッチング運動の固有振動数も変化するので、効果的なピッチング制御の実現が困難になる。
　よって、ここでは時間経過に伴う走行抵抗相当トルクの大きさの変化を、トルク補正値を算出する補正関数に反映させることで、路面の勾配の変化などに影響されずに効果的なピッチング制御を行うことができる。
　また、補正関数は、時間経過に伴う電動車両のピッチング運動の振幅量であるピッチング量の変化に応じて変更される。
　路面勾配の大きさを考慮することでサスペンションの剛性を推定し、補正関数を変更することを前述した。一方、サスペンションの剛性またはそれにより変化するピッチング振動の振幅そのものを検出することでより高精度な制御が可能となる。そこで、ピッチング量を検出し、補正関数を変更することを特徴としている。
　また、トルク補正値は、ピッチング振動の振幅の大きさであるピッチング量と、電動車両の加速度，車両重量、および走行抵抗相当トルクに基づいて算出された目標ピッチング量との差分、もしくはピッチング量の時間微分値と目標ピッチング量の時間微分値との差分に基づき算出される。
　トルク補正値を算出する際に、トルク補正値算出器において予め規定した補正関数によって算出するフィードフォワード的な補正の方法を示したが、ピッチング量と目標ピッチング量との差分、もしくはピッチング量の微分値と目標ピッチング量の微分値との差分に基づいて算出するフィードバック的な補正手法も考えられる。これにより、駆動トルク補正を時刻経過に伴って電動車両に生じる状態量の変化に合わせて適宜修正することが可能となる。
　また、本発明のピッチング制御装置を荷役用電動車両に適用することも考えられる。
　本発明の電動車両のピッチング制御装置であって、当該車両の制動時において車両停止の瞬間に起こる減速度の不連続を防止することで、ノーズダイブの揺り戻しによるピッチング運動の発生を効果的に抑制することが可能となる。さらに、走行路面の勾配などによって走行抵抗に大幅な変化があっても常に適切な制動トルクの制御が可能となり、様々な走行状態で乗員の乗り心地を確保しつつ操縦安定性を高めることができるという効果がある。
本発明の電動車両のピッチング制御装置における実施例装置の全体構成図である。 車両のピッチング運動を模式的に示す図である。 本発明の電動車両のピッチング制御装置による補正を行わない場合における制御装置の入出力信号を模式的に表した図である。 本発明の電動車両のピッチング制御装置における制御装置の入出力信号を模式的に表した図である。 本発明の電動車両のピッチング制御装置における処理の流れを示す図である。
　以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて説明する。
　まず、車両において生じるピッチング運動の動きについて、図２を用いて説明する。
　図２は、車両のピッチング運動を模式的に示す図である。
　車体２０１は、前後のサスペンション装置２０５，２０６を介して、それぞれ前後輪２０３，２０４と支持結合されている。ここで、車体２０１の重量をｍ、ピッチング運動における慣性モーメントをＩ、ピッチング運動のモーメントをＭ，ピッチング量をθとする。また、サスペンション装置のピッチング運動に対する剛性をＫ、減衰をＣ、車体２０１の重心点２０２の地上高をｈ、前輪２０３及び後輪２０４からの距離をそれぞれｌf，ｌrとする。
　タイヤに滑りが生じないとすると車両の加速度ａxは、駆動用モータ１１２により出力された制駆動トルクをＴa，駆動輪である後輪２０４のタイヤ径をｒtとすると、
　　ａx＝Ｔa／ｍｒt　　　　（１）
となる。
　ここで、車両の加速運動による前後輪の荷重移動量Ｆf，Ｆrを考える。
　地上から高さｈにある重心点２０２の前後方向の加速運動は、前後に距離ｌf，ｌrだけ離れた点で地面に対して支えているわけである。
　よって、その時に地面に掛かる力である荷重移動量Ｆf，Ｆrは、下向きを正に取って、
　　Ｆf＝－２ａxｍｈ／（ｌf＋ｌr）　　　　（２）
　　Ｆr＝２ａxｍｈ／（ｌf＋ｌr）　　　　（３）
と表される。
　この荷重移動による重心点周りのモーメントＭは、図で時計回りを正に取れば、
　　Ｍ＝－Ｆfｌf＋Ｆrｌr　　　　（４）
である。
　この（４）式に先の（２）（３）式を代入すれば、重心点周りのモーメントＭは、
　　Ｍ＝２ｍｈ・ａx　　　　（５）
となる。
　静的な力のつり合いを考慮すれば、この時のピッチング量θSは
　　θS＝Ｍ／Ｋ＝（２ｍｈ／Ｋ）ａx　　　　（６）
となる。
　一方、重心点周りモーメントＭによる車体２０１の動的なピッチング運動の伝達関数は、
　　θ（ｓ）／Ｍ（ｓ）＝１／（Ｉｓ2＋Ｃｓ＋Ｋ）　　　　（７）
と表される。
　サスペンション装置の動特性まで考慮したピッチング量は（５）式を（７）式に代入して、
　　θ（ｓ）＝２ｍｈ／（Ｉｓ2＋Ｃｓ＋Ｋ）・ａx（ｓ）　　　　（８）
として表される。
　図３は、平地にて一定速度で走行する車両が、ある時間から一定制動トルクで急停止する時の、車両速度，制駆動トルク，ピッチング角によって表されるピッチング運動の応答波形を時系列的に示したものである。
　３０１，３０２は車両速度、３０３は制駆動トルク、３０４，３０５はピッチング応答を示す。なお、制駆動トルクは、正の値では駆動トルク、負の値では制動トルク、０では制動・駆動いずれのトルクも生じていないことを表している。
　３０３に示すように、駆動輪に一定制動トルクが印加されると、車両速度３０１は３０２のように一定の傾きで減少して停止に至る。一定制動トルクが印加されている期間中は、ピッチング運動は前述の式（６）で示される量に収束するため、その結果前のめりとなり、すなわちノーズダイブを引き起こす。ノーズダイブとは、減速による車体の回転モーメントによって前輪サスペンションが縮むことで車体が前のめりとなった状態のことであり、バネがエネルギーを蓄えた状態であり、この状態は車両停止まで持続する。
　次に、３０３に示すように、車両が停止する際に、車両に掛かる制動トルクによる減速度が突然ゼロになるような状態であるとき、前述のノーズダイブによるバネのエネルギーは一気に解放され、３０５に示すようにバネの自由振動を引き起こす。これは式（８）の伝達関数におけるステップ応答に等しく、これが急停止時におけるピッチング運動である。なおここで説明した数式には、駆動反力によりサスペンションアームが受けるモーメントの影響は含まれていないため、実際の制御にはさらにこれら駆動反力による影響も考慮する必要がある。この影響の大きさはサスペンション装置の形式により大きく異なるため、ここでは説明を省略する。
　図１は、本発明の電動車両のピッチング制御装置における全体構成図である。
　本発明の電動車両は前輪１０１及び後輪１０２により走行する。
　前輪１０１及び後輪１０２は、それぞれサスペンション１０３及び１０４にて車体に対し上下揺動可能に取り付けられている。前輪１０１にはハンドル１０５が接続されており、運転者がハンドルを操舵することによって旋回走行ができるように構成されている。
　後輪１０２には駆動用モータ１１２が機械的に接続されている。
　アクセルペダル１０６及びブレーキペダル１０７は、運転者の加速要求及び減速要求を入力するための操作部であり、これらの要求出力は駆動装置１０８に入力される。
　駆動装置１０８は、入力された運転者のペダル操作による加減速要求に基づき、必要な制駆動トルクを算出し、これを制駆動トルク指令値として駆動用モータ１１２に対して出力する。あるいは、算出した制駆動トルクに対し後述のトルク補正値による補正を行い、これを制駆動トルク指令値として駆動用モータ１１２に対して出力する。
　駆動用モータ１１２は、入力された制駆動トルク指令値に応じて駆動及び制動が可能となる。
　一方、走行抵抗算出手段１１０は、勾配を有する路面に対して車両が停止状態を保つために電動車両に加えられるべき力を、制駆動トルクに換算した値である走行抵抗相当トルクを算出する。走行抵抗相当トルクとは、路面と車両が接していることによって車両に働く抵抗力である。例えば、登り坂に対して前進している車両が停止する時には、車両を後方に引くような力が生じるので、車両にはこの後方に引く力とつりあうような逆向きの力を加えないと、登り坂で止まれない。この時の走行抵抗相当トルクは、駆動トルクとなるので、その値は正の値をとる。逆に、下り坂に対して前進している車両が停止する際には、車両を前方に引くような力が生じるので、車両にはこの前方に引く力とつりあうような逆向きの力を加えないと、下り坂で止まることができない。この時の走行抵抗相当トルクは、制動トルクとなるので、その値は負の値をとる。また、ほぼ勾配のない路面においては、停止時においては制駆動トルクを生じさせる必要がないため、その値は０になると考えてよい。
　本発明においては、車両が停止時において、駆動モータに対して出力される制駆動トルク指令値が、走行抵抗算出手段１１０で算出される走行抵抗相当トルクとなるように制御することとする。
　このような制御を行うために、トルク補正値算出器１０９は、速度検出手段１１１で後輪１０２または駆動用モータ１１２に接続され後輪１０２の回転数を計測することにより検出された車両速度、および走行抵抗算出手段１１０で算出される走行抵抗相当トルクが入力され、これらの値に基づいてトルク補正値を算出する。
　このように算出されたトルク補正値は、駆動装置１０８に入力され、運転者のペダル操作による加減速要求に基づき算出した制駆動トルクに対して、加算的にトルク補正を行う。
　以上のような制御を行うことによって、車両の停止時において、駆動用モータに対して出力される制駆動トルク指令値を走行抵抗相当トルクとすることができる。よって、車両急停止時のピッチング運動を停止直前に中立位置に復帰させることができ、特に勾配のある走行路面においてもその走行抵抗に影響されない確実かつ高精度な制御を実現することができる。
　なお、走行抵抗算出手段１１０で算出される走行抵抗相当トルクは、運転者のペダル操作量による電動車両の加減速要求に基づき駆動装置１０８において算出された制駆動トルク（言い換えれば、駆動装置１０８から駆動用モータ１１２に出力する制駆動トルク指令値）と、速度検出手段１１１で検出された車両速度の時間微分値から求めた車体慣性相当トルクとの差分から算出する。電気駆動式の車両の場合、モータのトルクは供給する電流値から高精度に検知することが可能であり、駆動装置１０８で算出された制駆動トルクに代えて用いてもよい。車速は、後輪１０２または駆動用モータ１１２に接続され後輪１０２の回転数を計測することにより速度検出手段１１１で検出される。モータから出力されたトルクから実際に車体を加速させるのに必要だったトルクを引くことで、走行抵抗相当トルクを求めることが可能であるので、センサの追加をすることなく、走行抵抗相当トルクを算出することが可能となり、制御装置の低コスト化を実現することができる。
　次に、本発明の電動車両のピッチング制御装置における制御の主な流れを、図４を用いて説明する。
　先に説明したように、急停止時のピッチング運動は、ノーズダイブによりサスペンションに蓄えられたエネルギーが一気に解放されることによるバネの自由振動が主な原因である。そこで、バネが自由振動を引き起こさないように、ノーズダイブによるサスペンション位置を車両停止前に中立位置に戻すことが必要である。
　本発明の電動車両のピッチング制御装置では、停止直前に制駆動トルクを滑らかに低減することで、急激な加速度変動を抑制し、ピッチング運動を低減する。
　図４に、その時の具体的なピッチング運動の応答波形を示す。
　図４では、登り勾配の走行路面での例を示している。
　４０１～４０３は車両速度、４０４～４０７は車両に掛かる制駆動トルク、４０８はピッチング応答を示す。また、４１０は制御開始タイミング、４１１は制御が終了し、車両が停止するタイミングである。登り勾配の路面において、一定速度４０１で登り走行するためには、運転者はアクセルペダル１０６を踏み、走行抵抗相当トルク分の駆動トルク４０４を出力しているものとする。
　運転者がブレーキペダル１０７を操作して、４０５に示すように駆動輪に一定制動トルクが印加されると、車両速度は前述のピッチング運動の説明と同様４０２のように一定の傾きで減少する。その時のピッチング運動は、一定制動トルクが印加されている期間中はその減速度に応じた量の前のめり、すなわちノーズダイブを引き起こす。
　このとき、車両速度がゼロになり車両が停止するタイミング４１１の時点で制動トルクが走行抵抗相当トルクとなるように制駆動トルクを４０６の如く制御すれば、ピッチング運動の大きさも中立位置に戻っているので、停止後の揺り戻し振動を引き起こさない。
　よって、制御開始タイミング４１０から、トルク補正値算出器１０９においてトルク補正値を算出し、運転者の加速要求及び減速要求に基づいて算出した制駆動トルクに対し補正を行い、制駆動トルク指令値が、電動車両が停止時において、走行抵抗相当トルクとなるように制御を行うことで、ピッチング運動の制御を効果的に行うことができる。
　このような制駆動トルクの制御により、ピッチング運動の大きさもそれに従って減少すると共に、車両速度は４０３のように停止までの時間経過に伴って漸近的にゼロに近づく。
　ここで、停止時において制駆動トルク指令値が走行抵抗相当トルクと一致していない場合、車両はその速度がゼロになった後も加速してしまったり坂道をずり落ちてしまったりするなどして加速度に不連続が生じ、揺り戻し振動が発生してしまう。
　なお、本実施例における走行抵抗相当トルクは、後述の第２の実施例に記載の制御開始時において、電動車両が走行している勾配路面に対する走行抵抗相当トルクを適用するものとする。
　以上説明したように、本発明では、走行抵抗算出手段１１０により算出された走行抵抗相当トルクに基づき、トルク補正値算出器１０９がトルク補正値を算出し、駆動装置１０８においてトルク補正値に基づき制駆動トルクの補正を行い、これを制駆動トルク指令値として駆動用モータ１１２に出力する。これにより、車両急停止時のピッチング運動を停止直前に中立位置に復帰させることができ、特に勾配のある走行路面においてもその走行抵抗に影響されない確実かつ高精度な制御を実現することができる。
　次に、本発明における第２の実施形態を説明する。
　第１の実施形態では具体的なトルク補正値の算出方法については説明しなかったが、本実施形態ではトルク補正値Ｔrevとして予め与えられた補正関数ｆ（ｔ）に従い駆動トルクを補正するものとする。
　ここでは簡単のために、前述の図４の４０６に相当する１次関数による直線的な補正を例として説明する。
　図５は、本発明の電動車両のピッチング制御装置における処理の流れを示したものである。
　図５に示されるように、まず、ステップＳ０１において、トルク補正値算出器１０９は、車両状態量、たとえば運転者によるブレーキペダル１０７の操作量や、速度検出手段１１１で計測した車両速度、駆動用モータ１１２に出力する制駆動トルク指令値などについて確認を行う。
　次に、ステップＳ０２において、車両が停止直前の状態であるか、かつピッチング制御を行うべき状態であるかの条件を判断する。
　もし制御条件に該当しなければ、ステップＳ０１に戻り、制御条件に該当すればステップＳ０３に進む。
　ステップＳ０３では、速度検出手段１１１で計測した車両速度ｖ及び駆動装置１０８から駆動用モータ１１２に出力する制駆動トルク指令値Ｔの確認を行う。
　次に、ステップＳ０４において制御開始タイミングであるかの判定を行う。
　制御開始タイミングになっていると判定されれば、ステップＳ０５へと進む。
　一方、制御開始タイミングになっていなければステップＳ０１に戻り再度車両状態を確認する。
　このステップＳ０４において、制御開始タイミングの具体的な判定方法は、以下の通りである。
　判定時に駆動用モータ１１２に出力する制駆動トルク指令値Ｔ0を初期値として、補正関数ｆ（ｔ）に従い最終的に走行抵抗相当トルクＴresistになるように補正した場合の車両の減速度を積分する。なお、減速度は減速トルクをタイヤ半径ｒtと車量重量ｍで除することで求められる。
　すなわち、制御開始後の減速量
　　ｖcont＝∫｛（Ｔ0＋ｆ（ｔ）－Ｔresist）／ｒt／ｍ）ｄｔ　　　　（９）
を計算し、現在の速度検出手段１１１で計測した車両速度ｖと比較する。
　このときｖ≦ｖcontになった場合には、制駆動トルク補正による車両速度の最終値がゼロ、すなわちちょうど車両停止になると判定して制御を開始する。
　例えば、図４のように制駆動トルク指令値を直線的に、すなわち１次関数に従って補正を行うとすると、上記のｆ（ｔ）は
　　Ｔrev（ｔ）＝ΔＴ・ｔ　　　　（１０）
と表すことができる。
　ここで、ΔＴは補正関数の傾きである。
　この補正をｔcontの期間行うとすれば、走行抵抗相当トルクをＴresistと置くと、
　　ΔＴ・ｔcont＝Ｔ0＋Ｔresist　　　　（１１）
でなければならないから、式（９）の積分は０からｔcontの区間で
　　ｖcont＝（Ｔ0＋Ｔresist）2／（２・ｍ・ｒt・ΔＴ）　　　　（１２）
となり、この式に従って制御開始タイミングの速度を算出すれば良い。
　この判定により制御開始タイミングであると判定されると、ステップＳ０５においてトルク補正値Ｔrevを駆動装置１０８へと出力する。
　ここで制御開始タイミングにおいてｔ＝０とすると、トルク補正値Ｔrevは
　　Ｔrev＝ｆ（ｔ）　　　　（１３）
であり、先の１次関数の補正の場合は
　　Ｔrev＝ΔＴ・ｔ　　　　（１４）
で表される補正値を駆動装置１０８へと出力する。
　ステップＳ０６では、時間ｔを制御周期分だけ増加させ、ステップＳ０７において制御期間の終了、例えばｔ≧ｔcontであるか、車両が停止した場合にはこのループを抜け、処理を終了する。
　以上説明したように本発明では、トルク補正値として予め与えられた補正関数に従い制駆動トルクを補正することができる。説明中の例では、補正関数として１次関数の場合を示したが、例えばサスペンションの運動力学に基づき最適な補正曲線を予め用意しておき、それに従って制御を行うことも可能になる。また、車両停止時において駆動用モータに出力する制駆動トルク指令値が漸近的に走行抵抗相当トルクとなるような制御を行うような関数であることが好ましい。さらに、補正関数の変化率は駆動装置１０８や駆動用モータ１１２の周波数特性よりも十分低いことはもちろん、トルク変動により引き起こされる車体のピッチング運動の周波数特性よりも低く、停止距離の延長などの影響が許容される範囲でできるだけ緩やかな変化であることが好ましい。このような補正関数に基づいて、制駆動トルクを制御することによって制御装置の高性能化・高信頼度化を実現することができる。
　よって、走行抵抗算出手段１１０により算出された走行抵抗相当トルクは、トルク補正値算出器１０９における制御目標値として使用され、同様に、速度検出手段１１１によって検出される車両速度は、トルク補正値算出器１０９に入力され、制御開始タイミング４１０を決定するためのデータとして用いられることによって、駆動用モータ１１２に出力する制駆動トルク指令値が走行抵抗相当トルクとなるように制御を行うことができる。
　次に、本発明における第３の実施形態を説明する。
　一般的な車両は、乗り心地と操縦安定性を両立するためにサスペンション装置には、非線形バネを用いている。このとき、前述の式におけるサスペンション装置の剛性Ｋは、一般に車両重量ｍの関数となる。つまり、車両重量ｍが変化すればサスペンション装置のたわみ量も非線形に変化し、ピッチング剛性も変化するので、それによりピッチング運動の固有振動数も変化する。
　さらに、搭乗者や積荷の重量変化に伴い重心位置も変化するため、先のサスペンションたわみ量の変化と合せて重心高ｈも大きく変化する。
　以上のことから、ピッチング制御装置では、重量変化や路面勾配といった点も考慮した上で、制御系設計をする必要がある。
　本発明では、前輪１０１および後輪１０２付近に設けられた車両重量判定手段１１３および１１４を備えている。車両重量判定手段１１３および１１４は、例えば車両のサスペンション装置１０３および１０４のストロークセンサなどを用いて得られたサスペンション変位に対して、既知のサスペンションバネ定数との積をとることで車両重量を算出するものである。また、油圧式サスペンション装置に設置した圧力センサで各輪の輪荷重を計算し、前述の車両重量との合計をとることで、搭乗員や積荷などを含めた車両の総重量を判定することが可能である。他にも、車体と地面との距離を計測したり、車体やサスペンション装置の荷重指示部分に取り付けた歪センサを用いたりするなど、その重量判定の方法を制限しないものとする。
　この車両重量判定手段により得られた車両重量情報に基づき、第２の実施形態で説明した補正関数ｆ（ｔ）を適宜変更・調整する。これにより、車両重量が変化した場合でも適切な駆動トルク補正値を算出できるようにする。
　具体的には、前述の式（８）の伝達関数からも分かるように、ピッチング運動の固有振動数は車体慣性モーメントに比例し、ピッチング剛性に反比例するため、車両重量の変化を制御装置に適切に反映しなければ効果的なピッチング制御は実現できない。
　そこで、先の第２の実施形態で説明した補正関数ｆ（ｔ）の時間経過に対する変化量を固有振動数に合わせて調整する。
　補正関数ｆ（ｔ）が１次関数による直線的な補正であるとすれば、式（１０）のΔＴをピッチング運動の固有振動数に合わせて増減するようにする。
　例えば、車両重量とピッチング運動の固有振動数との関係を予め算出しておき、判定された車両重量に応じた固有振動数が高ければ、ピッチング運動の変化が急峻であるとしてΔＴを大きくし、逆に、固有振動数が低ければピッチング運動の変化が緩慢であるからそれに合わせてΔＴを小さくし、補正関数も緩やかにすることが考えられる。
　さらに複雑な補正関数やテーブルを用いた補正をする場合には、補正関数ｆ（ｔ）のｔの代わりにｔ′＝Δｔ・ｔと置き、固有振動数が高い場合にはΔｔを１より大きくして補正関数の変化を速くし、固有振動数が低い場合にはΔｔを１より小さくして補正関数の変化を遅くすることもできる。
　本実施形態の処理の流れを第２の実施形態と同様に図５を用いて説明すると、ステップＳ０１の車両状態量確認の処理において前述の判定方法により車両重量判定手段で得られた車両重量を確認し、その車両重量を用いてステップＳ０４及びステップＳ０５における補正関数演算の関数を調整するものとする。
　このように本発明の電動車両のピッチング制御装置においては、車両重量判定手段を用いて車両重量の変化に伴うピッチング運動の固有振動数を制御に反映し、特に積荷の重量変化により車重が大幅に変化するトラックなどの積載状況などに影響されない確実かつ高精度な制御を実現することができ、輸送機器に好適な発明としている。
　次に、本発明における第４の実施形態を説明する。
　本実施形態では走行抵抗相当トルクの大きさに基づき補正関数ｆ（ｔ）を適宜変更・調整することで、車両走行路面の勾配などが変化した場合でも適切な駆動トルク補正値を算出できるようにする。
　車両の置かれた勾配の変化によって、車両の前後重量配分の変化が生じるが、サスペンションのバネが非線形性を持っている場合には、前後サスペンションのバネ定数も変化し、ピッチング剛性が変化することになる。
　これにより、先に詳述したように、ピッチング剛性に反比例してピッチング運動の固有振動数も変化するため、路面勾配の変化を制御装置に適切に反映しなければ効果的なピッチング制御は実現できない。
　そこで、先の実施形態で説明したように補正関数ｆ（ｔ）の時間経過に対する変化量の大きさを固有振動数に合わせて調整する。例えば、走行抵抗相当トルクとピッチング運動の固有振動数との関係を予め算出しておき、算出された走行抵抗相当トルクに応じた固有振動数が高ければピッチング運動の変化が急峻であるとして補正関数ｆ（ｔ）の変化の速さを大きくする。
　逆に、固有振動数が低ければピッチング運動の変化が緩慢であるから、補正関数ｆ（ｔ）の変化の速さを小さくすることが考えられる。
　このように、本発明の電動車両のピッチング制御装置においては、走行抵抗算出手段を用いて算出された走行抵抗相当トルク、すなわち路面勾配の変化を制御に反映することで、勾配路面においても好適な制御性能を維持可能な発明とする。
　次に、本発明における第５の実施形態を説明する。
　前述の実施形態では、走行抵抗相当トルクで表される路面勾配の大きさにより、サスペンションのピッチング剛性を推定し制御に反映するという考え方を示した。
　一方で、サスペンション剛性、またはそれにより変化するピッチング振動の振幅そのものを検知することでも、より高精度な制御が可能である。
　そこで本実施形態では、サスペンションのピッチングの大きさを検出するピッチング量検出手段１１５，１１６により得られたピッチング量に基づき補正関数ｆ（ｔ）を変更するという形態を示す。
　ピッチング運動は、車体の前後方向の加減速によって引き起こされることから、速度検出手段１１１で計測した車両速度の時間微分値から車両加速度を算出し、ピッチング量を車両加速度で除したピッチング応答ゲインを求めることができる。
　このピッチング応答ゲインは式（６）右辺のａxの係数であり、ピッチング剛性に反比例することから、ピッチング応答ゲインが大きければピッチング振動の固有振動数は低くなり、変化が緩慢になると考えられる。
　そこで、このピッチング応答ゲインを用いてゲインが大きい場合には、補正関数ｆ（ｔ）の変化の速さを小さくなるように変化させるものでも良い。
　これにより、補正関数をピッチング剛性から適宜修正することが可能となり、制御装置のさらなる高精度化を実現することができる。
　次に、本発明における第６の実施形態を説明する。
　前述の各実施形態では駆動トルクの補正に予め規定した補正関数を用いてフィードフォワード的に補正を行う考え方を示した。
　一方で本実施例では、例えば走行路面の勾配を含む走行抵抗相当トルクを算出する走行抵抗算出手段１１０における走行抵抗相当トルク、速度検出手段１１１の検出値である車両速度の時間微分値である車両加速度、および電動車両の車両重量に基づいて、車両のピッチング運動状態量を予測する目標ピッチング量を算出する。
　その目標値とピッチング量検出手段１１５および１１６による実際のピッチング振動の振幅の大きさであるピッチング量との差分により、トルク補正値を決定する、いわゆるフィードバック的な補正手法も考えられる。
　もしくはこれらのそれぞれの時間微分値であるピッチング速度の差分を用いることによるフィードバック的な補正でも良い。
　または、前述の補正関数によるフィードフォワード的な制御と組み合わせることで、外乱による誤差分をフィードバック的な補正で補償することも考えられる。
　これにより前記駆動トルク補正を現実の状況に合わせて適宜修正することが可能となり、制御装置のロバスト化を実現することができる。
　次に、本発明における第７の実施形態を説明する。
　本発明のピッチング制御装置では停止直前の制駆動トルクの補正を行うため、補正内容によってはわずかではあるが停止距離が延びてしまう場合がある。
　しかしながら緊急停止が必要な状況においてはこのような事態を回避するために、振動抑制よりも確実な車両停止を優先して制駆動トルクの補正を中止することが考えられる。
　そこで、ハンドル１０５，アクセルペダル１０６及びブレーキペダル１０７に取り付けられた運転操作量検出手段１１８により、運転者の操作状況を検出する際に、ハンドルの操舵量と操舵速度が予め設定した値より大きい場合には、緊急回避操作を行う。
　一方、ペダル操作量と操作速度が予め設定した値より大きく、急制動操作を検出した場合には、運転者が緊急回避行動を行ったと判断して制駆動トルクの補正を中止する。
　または、前方障害物検知手段１１７により、前方障害物を検知する場合もある。前方障害物検知手段１１７には、例えばレーザ，ミリ波，超音波などを前方に照射してその反射波を検知したり、カメラを用いて前方の障害物画像を検知するなどの方法がある。
　このような方法により、車両の前方に何らかの障害物が検出された場合には、緊急制動が必要だと判断して制駆動トルクの補正を中止する。
　これにより制動トルクを最大化して制動距離を短縮し、制御の緊急制動への影響を抑止することが可能となり、制御装置の安全性を向上させることができる。
　次に、本発明における第８の実施形態を説明する。
　例えばダンプトラックなどの荷役用電動車両においては、車両の減速に用いられる回生トルクが車両重量に比較して小さく、車両停止時の制動ペダル操作は通常最大操作が行われる。
　よって、このようにブレーキペダル１０７の操作量が継続的に最大量を維持されている場合には、車両停止のためのブレーキ操作であると判断することができ、速度調整のための軽微なブレーキ操作ではないという判定をすることが可能である。
　そこで本実施形態では、前述した実施形態と同様に、ブレーキペダル１０７に取り付けられた運転操作量検出手段１１８により運転者の操作状況を検出する。
　そして、ブレーキペダル操作量が、予め設定した一定時間以上継続的に操作量の最大であると検出された場合には、車両停止の要求であると判断し、制駆動トルクの補正を実施するものとする。
　これにより速度調整と車両停止の状況を分離することが可能となり、制御装置の操作性を向上させることができる。
　次に、本発明における第９の実施形態を説明する。
　車両停止時のブレーキペダル操作は、まず所望の車両減速度を得られるようにペダル操作が行われる。そして、停止直前には運転者によってペダルをやや緩めることによって経験的にピッチング振動を抑えようとする操作を行うことが多い。
　しかしながら大型の荷役用電動車両などでは人間による微妙な操作が難しく、ピッチング振動が起きてしまうことも多い。
　そこで、ブレーキペダル１０７の操作量が車両停止の直前で緩められることを検知した場合には運転者がピッチング振動を抑えたい要求を持っているという判定が可能である。
　そこで本実施形態では、前述した実施形態と同様に、ブレーキペダル１０７に取り付けられた運転操作量検出手段１１８により運転者の操作状況を検出する。
　そして、ブレーキペダル操作量において予め設定した速度以下での減少が検出された場合には、車両停止時のピッチング振動抑制の要求であると判断し、前述の制駆動トルクの補正を実施するものとする。
　これにより運転者に高い技能を要求することなく、運転者がピッチング抑制を求めている時にピッチング振動を抑制することが可能となり、制御装置の操作性を向上させることができる。
　次に、本発明における第１０の実施形態を説明する。
　ダンプトラックなどの荷役用電動車両においては、積荷の積込みなどの場合の停止位置調整のため、微速で前進しながら運転者が位置確認し、停止位置で制動操作を行うことがある。
　このような場合においては走行速度が低いことからピッチング振動の発生量も小さいために制駆動トルクの補正を抑制し、制動力を最大化した方が操作性が向上すると考えられる。
　そこで本実施形態では、車両速度検出手段１１１により車両の速度を検出・監視し、あらかじめ設定した速度以下でのブレーキペダル操作が行われた場合には、停止位置調整のための走行であると判断し、前述の制駆動トルクの補正を抑制するものとする。
　これにより車両の停止位置の微調整時などのように、運転者が即時の停止を要求しているにも係らず、余分な制動トルクの減少を行ってしまうことを抑制することが可能となり、制御装置の操作性を向上することができる。
　以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施例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。
１０１，２０３　前輪
１０２，２０４　後輪
１０３，１０４，２０５，２０６　サスペンション装置
１０５　ハンドル
１０６　アクセルペダル
１０７　ブレーキペダル
１０８　駆動装置
１０９　トルク補正値算出器
１１０　走行抵抗算出手段
１１１　速度検出手段
１１２　駆動用モータ
１１３，１１４　車両重量判定手段
１１５，１１６　ピッチング量検出手段
１１７　前方障害物検知手段
１１８　運転操作量検出手段
２０１　車体
２０２　重心点
３０１，３０２　車両速度
３０３，４０４～４０７　制駆動トルク
３０４，３０５，４０８～４１１　ピッチング応答
４０１～４０３　車両速度

Claims (8)

  1. 　駆動用モータで加減速する電動車両のピッチング運動によって生じる前記電動車両の姿勢変化を抑制する制御を行う前記電動車両のピッチング制御装置において、
    　前記電動車両の加減速要求に基づき制駆動トルクを算出し、これを制駆動トルク指令値として前記駆動用モータに出力する駆動装置と、
    　制駆動トルク指令値が、前記電動車両が停止時において勾配を有する路面に対して前記電動車両が停止状態を保つために必要な力を前記駆動用モータのトルクに換算した値である走行抵抗相当トルクとなるように、前記制駆動トルクに対するトルク補正値を算出するトルク補正値算出器と、を有し、
    　前記駆動装置は、前記トルク補正値算出器において算出されたトルク補正値に基づいて前記制駆動トルクの補正を行い、これを制駆動トルク指令値として前記駆動用モータに出力することを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。
  2. 　請求項１に記載の電動車両のピッチング制御装置において、
    　前記走行抵抗相当トルクは、運転者のペダル操作量による前記電動車両の加減速要求に基づき算出された制駆動トルクと、前記電動車両の速度である車両速度の時間微分値から算出した車体慣性相当トルクとの差分から求められることを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。
  3. 　請求項１に記載の電動車両のピッチング制御装置において、
    　前記制動トルクの補正を行ってこれを制駆動トルク指令値として前記駆動用モータに出力した場合を仮定して前記電動車両の減速度の時間積分値を算出し、前記減速度の時間積分値が前記電動車両の速度と一致したときに、前記制駆動トルクの補正を実際に開始し、これを制駆動トルク指令値として前記駆動用モータに出力することを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。
  4. 　請求項１に記載の電動車両のピッチング制御装置において、
    　前記トルク補正値算出器は、前記トルク補正値を算出するための補正関数を有し、前記制駆動トルク指令値が、前記電動車両が停止時において前記走行抵抗相当トルクとなるように、前記補正関数に従ってトルク補正値を算出することを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。
  5. 　請求項１に記載の電動車両のピッチング制御装置において、
    　前記トルク補正値は、ピッチング振動の振幅の大きさであるピッチング量と前記電動車両の加速度，車両重量、および走行抵抗相当トルクに基づいて算出される目標ピッチング量との差分、もしくは前記ピッチング量の時間微分値と前記目標ピッチング量の時間微分値との差分に基づき算出されることを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。
  6. 　請求項４に記載の電動車両のピッチング制御装置において、
    　前記補正関数は、時間経過に伴う前記電動車両の重量の大きさの変化に応じて変更されることを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。
  7. 　請求項４に記載の電動車両のピッチング制御装置において、
    　前記補正関数は、時間経過に伴う前記走行抵抗相当トルクの大きさの変化に応じて変更されることを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。
  8. 　請求項４に記載の電動車両のピッチング制御装置において、
    　前記補正関数は、時間経過に伴う前記電動車両のピッチング運動の振幅量であるピッチング量の変化に応じて変更されることを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。
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