WO2013077409A1 - 電動車両制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an electric vehicle control device such as an electric vehicle driven by a battery or a fuel cell, and more particularly to slip control of the tire.
- a motor having higher responsiveness than an internal combustion engine is used, and the motor is torque-controlled.
- a motor having high responsiveness is used independently for each wheel.
- a motor with high responsiveness is used in an electric vehicle, and torque control is performed. Therefore, when the tire leaves the road surface due to slipping or the like, the tire generates a sudden increase in rotation. Such a sudden increase in the rotation of the motor due to the slip is not preferable for stable running of the automobile. In an in-wheel motor type electric vehicle that individually drives wheels, it is necessary to prevent as much as possible a sudden increase in the rotation of the motor due to the slip of some of the drive wheels.
- An object of the present invention is to provide an electric vehicle control apparatus that can prevent an increase in abnormal torque due to occurrence of tire slip and contribute to a stable running of the vehicle. Another object of the present invention is to provide appropriate slip prevention. It is possible to provide an electric vehicle control apparatus and an electric vehicle that can be used and can make maximum use of the grip force of the tire. Still another object of the present invention is to provide an electric vehicle that can prevent an increase in abnormal torque due to occurrence of tire slip and can perform stable running.
- the electric vehicle control device 20 of the present invention is an electric vehicle control device including a motor control unit 33 that controls the torque of the motor 6 that drives the wheels 2 in accordance with a torque command given from the torque command means 34. , Angular acceleration detection means 39 for detecting the angular acceleration of the wheel 2 driven by the motor 6;
- the total drive torque which is the sum of the drive torques of all the motors 6 that drive the wheels 2, is Tt, the vehicle mass is m, the tire radius is r, and the reduction ratio of the reducer 7 inserted between the motor 6 and the wheels 2 is R.
- the angular acceleration detection means 39 of any of the wheels 2 is detected.
- the theoretical angular acceleration w of the wheel 2 that does not take into account external forces such as wind pressure is as follows: the total driving torque Tt of the motor 6, the vehicle mass m, the tire radius r as follows: , Determined by the reduction ratio R.
- the reduction ratio R means that the speed is reduced R times with respect to the input. Therefore, when the detected angular acceleration of the wheel 2 exceeds the theoretical angular acceleration w, it is estimated that the wheel 2 is slipping. That is, the output torque of the speed reducer 7 is (total motor drive torque Tt) ⁇ (reduction ratio R), which is Tt ⁇ R.
- the propulsive force F generated at the ground contact point of the tire is a value obtained by dividing the reduction gear output torque Tt ⁇ R by the tire radius r, and is Tt ⁇ R ⁇ 1 / r.
- the theoretical angular acceleration w is Tt ⁇ R ⁇ 1 / r ⁇ 1 / m ⁇ 1 / r by dividing the acceleration ⁇ by the tire radius r. m / r 2 . Multiplying the theoretical acceleration w by an external force due to wind pressure or the like, the loss of the drive transmission system, and a coefficient k1 for allowing a certain amount of slip, the above right side of (1) is obtained.
- the angular acceleration detected by the angular acceleration detection means 39 is a value obtained by multiplying the theoretical acceleration w obtained as described above by a coefficient k1 for allowing a certain amount of slip. Whether or not the angular acceleration W is equal to or less than the angular acceleration W is constantly monitored. If it is determined that the allowable angular acceleration W is exceeded, the slip countermeasure control means 38 causes the motor control unit 33 to reduce the drive torque of the motor 6. Thus, by reducing the drive torque 6 when slip occurs, even if the motor control unit 33 performs closed-loop torque control, an increase in abnormal torque due to the occurrence of slip can be prevented, and stable running can be performed.
- the allowable angular acceleration W according to the above equation (1) is suitable when traveling on flat ground.
- the allowable angle acceleration W should be a value that takes into account the uphill angle a by the following equation (2) or (3). Is good.
- the uphill angle a when the uphill angle detecting means 41 is provided, the detected value is preferably used.
- the uphill angle detecting means 41 is not provided, the maximum uphill angle in the design of the vehicle is preferably used. .
- the value of “mg ⁇ sin (a) / m / r”, which is an acceleration component that is influenced by the vehicle uphill angle a, is used as an acceleration component in the case of traveling on flat ground.
- the value of the allowable angular acceleration W is determined and monitored. Therefore, an appropriate slip determination can be made by the angular acceleration monitoring means 37 on a slope, and the torque can be effectively reduced to prevent slippage or increase abnormal torque due to slippage.
- the slip determination according to the climbing angle a can be performed with high accuracy.
- the acceleration component influenced by the vehicle climbing angle a is “mg ⁇ sin (a)”. Since the value of “/ m / r” becomes zero, the angular acceleration monitoring unit 37 consequently makes the same determination as that of the electric vehicle control device 20 to which the expression (1) is applied.
- Other configurations and effects of the electric vehicle control device 20 to which the equation (2) is applied are the same as those of the electric vehicle control device 20 to which the equation (1) is applied.
- the value of “mg ⁇ sin (a1) / m / r”, which is an acceleration component that is influenced by the vehicle uphill angle a1 set as the specification for each vehicle, is obtained.
- the value of the allowable angular acceleration W is determined and monitored in addition to the acceleration component in the case of traveling on flat ground. In this case, the allowable angular acceleration W is determined in consideration of the maximum vehicle uphill angle a1 set as the specification for each vehicle. Therefore, it is possible to prevent erroneous determination regarding slip determination on an uphill, and to prevent torque from being erroneously reduced.
- the maximum torque of the motor 6 is used for obtaining the sum of the torques of all the motors 6. Therefore, the allowable angular acceleration W is estimated to be larger than that calculated with the actual drive torque, and excessive torque reduction for preventing slip and preventing abnormal torque is prevented.
- Other configurations and effects of the electric vehicle control device 20 to which the equation (4) is applied are the same as those of the electric vehicle control device to which the equation (1) is applied.
- the maximum torque of the motor 6 is used to obtain the sum of the torques of all the motors 6.
- the allowable angular acceleration W is estimated to be larger than that calculated with the actual driving torque, and it is possible to prevent excessive torque reduction for preventing slip and preventing abnormal torque increase.
- the value of “mg ⁇ sin (a) / m / r”, which is an acceleration component that is influenced by the vehicle climbing angle a is determined and monitored.
- an appropriate slip determination can be made by the angular acceleration monitoring means 37 on a slope, and the torque can be effectively reduced to prevent slipping and increase abnormal torque.
- the slip determination according to the climbing angle a can be performed with high accuracy.
- Other configurations and effects of the electric vehicle control device 20 to which the equation (5) is applied are the same as those of the electric vehicle control device 20 to which the equation (1) or the equation (2) is applied.
- the maximum torque of the motor 6 is used for obtaining the sum of the torques of all the motors 6.
- the allowable angular acceleration W is estimated to be larger than that calculated with the actual driving torque, and it is possible to prevent excessive torque reduction for preventing slip and preventing abnormal torque increase.
- the value of “mg ⁇ sin (a) / m / r”, which is an acceleration component influenced by the vehicle climbing angle a is determined and monitored.
- the allowable angular acceleration W is determined in anticipation of the maximum vehicle uphill angle a set as a specification for each vehicle. Therefore, it is possible to prevent erroneous determination regarding slip determination on an uphill, and to prevent torque from being erroneously reduced. Further, in the case of this configuration, since the maximum vehicle uphill angle a set as the specification is used for determination, it is not necessary to provide the uphill angle detection means 41, and the configuration becomes simple. Other configurations and effects of the electric vehicle control device 20 to which the equation (6) is applied are the same as those of the electric vehicle control device 20 to which the equation (1) or the equation (3) is applied.
- the motor 6 may be a motor 6 that individually drives the wheels 2 of the electric vehicle.
- the torque of the motor 6 is controlled, and the motor 6 has high responsiveness. Therefore, in a vehicle in which each wheel 2 is individually motor-driven, if some of the driving wheels 2 float inside, the load is reduced. As a result, the motor of the wheel 2 is accelerated. Therefore, the torque reduction control based on the acceleration determination according to the present invention is more effective for stable running.
- the slip countermeasure control means 38 detects the wheels whose angular acceleration detected by the angular acceleration detection means 39 exceeds the allowable angular acceleration W. Only the motor 6 to be driven may reduce the driving torque of the motor 6 to the motor control unit 33. As described above, in a vehicle in which each wheel 2 is individually motor-driven, when some of the driving wheels 2 float inside, the motor 6 of the wheel 2 is accelerated. For the accelerated motor 6 only, it is preferable for the motor control unit 33 to reduce the driving torque of the motor in terms of running stability.
- the motor 6 may be partly or wholly disposed in the wheel 2 to constitute the in-wheel motor drive device 8 including the motor 6 and the speed reducer 7.
- the electric vehicle may include a reduction gear 7 that reduces the rotation of the motor 6, and the reduction gear may have a high reduction ratio of 4 or more.
- the electric vehicle may include a speed reducer 7 that decelerates the rotation of the motor 6, and the speed reducer 7 may be a cycloid speed reducer.
- each wheel 2 is independently driven by a motor 6 having good responsiveness, so that the control for slip of the drive wheel greatly affects the running stability. Therefore, the effect of reducing slip according to the present invention is effectively exhibited by improving running stability.
- the reduction ratio of the speed reducer 7 such as the in-wheel motor drive device 8
- the reduction ratio of the speed reducer 7 such as the in-wheel motor drive device 8
- it contributes to the miniaturization of the motor 6, but the torque of the motor 6 is expanded and transmitted to the wheels. . Therefore, prevention of tire slip and prevention of abnormal torque increase due to slip are more important.
- an angular acceleration detecting means 39 for outputting a torque command value is further provided as a command output by the acceleration / deceleration operating means, and the slip correspondence control means 38 is adapted to detect the angular acceleration detected by the angular velocity detecting means 39.
- the torque command value may be reduced when the set upper limit value of the angular acceleration is exceeded.
- the slip correspondence control means 38 sets the upper limit value of the angular acceleration of the wheel for slip determination as a function of the vehicle mass and the output torque, and when this upper limit value is exceeded, slip occurs. It is determined that the torque command value is reduced. Therefore, the upper limit value of angular acceleration for slip judgment, that is, the threshold value can be set to an optimal value, and the threshold value that is unnecessarily increased to the safe side is not used. Can do.
- the slip countermeasure control means 38 may set the vehicle mass as a fixed value and determine and set the upper limit value of the angular acceleration only by the output torque. If the vehicle mass is a fixed value, the slip countermeasure control means 38 is simplified, and sensors for measuring the vehicle mass are not required.
- load sensors 46 are provided for the respective wheel bearings of the two front wheels and the two rear wheels of the vehicle, and the slip countermeasure control means 38 measures the vehicle mass in real time by the load sensors 46,
- the upper limit value may be determined and set using the measured vehicle mass. In this configuration, the vehicle mass, which varies depending on the number of passengers and load, is measured in real time, and the upper limit value for slip judgment is determined. Therefore, a more appropriate upper limit value can be set, and the tire grip force Can be used to the fullest.
- the slip countermeasure control means 38 may change the amount of torque reduction according to the degree to which the angular acceleration of the wheel exceeds the upper limit value.
- the amount of torque reduction by the slip handling control means 38 can be controlled even if it is a fixed value, but by changing the amount of torque reduction according to the degree of exceeding the upper limit value, the torque is not reduced unnecessarily. More appropriate slip control can be performed.
- the slip countermeasure control means 38 may be provided so that each wheel can be controlled independently. Since the slip of the wheel 2 often occurs individually for each wheel, when a motor for independently driving two or more wheels 2 is provided, the slip driving control is independently performed for each wheel to reduce the driving force for use. You do n’t have to.
- the slip control is a control that is performed so that the tire grip force is generated for the wheel 2 in which the tire grip force is reduced due to the slip, so that the torque command value may be decreased only for the left and right wheels 2. The balance between the left and right traveling driving forces is better than when a slip occurs.
- the electric vehicle according to the present invention includes the electric vehicle control device 20 having any one of the above-described configurations according to the present invention.
- the slip control by the electric vehicle control device 20 of the present invention does not unnecessarily increase the threshold value of the angular acceleration for slip determination to the threshold value that is unnecessarily increased to the safe side, and maximizes the tire grip force. It can be utilized, and stable running with less slip can be performed without causing a reduction in speed unnecessarily.
- FIG. 1 is a block diagram of a conceptual configuration showing, in plan view, an electric vehicle equipped with an electric vehicle control device according to a first embodiment of the present invention. It is a block diagram of a conceptual structure of the inverter apparatus in the electric vehicle control apparatus of the same electric vehicle. It is a schematic diagram which shows the relationship between the torque and acceleration in the same electric vehicle.
- This electric vehicle is a four-wheeled vehicle in which the wheels 2 that are the left and right rear wheels of the vehicle body 1 are driving wheels and the wheels 3 that are the left and right front wheels are steering wheels of driven wheels.
- the wheels 2 and 3 serving as driving wheels and driven wheels both have tires and are supported by the vehicle body 1 via wheel bearings 4 and 5, respectively.
- the wheel bearings 4 and 5 are given the abbreviation “H / B” of the hub bearing in FIG.
- the left and right wheels 2, 2 serving as driving wheels are driven by independent traveling motors 6, 6, respectively. The rotation of the motor 6 is transmitted to the wheel 2 through the speed reduction 7 and the wheel bearing 4.
- the motor 6, the speed reducer 7, and the wheel bearing 4 constitute an in-wheel motor drive device 8 that is one assembly part, and the in-wheel motor drive device 8 is partially or entirely inside the wheel 2. Placed in.
- the in-wheel motor drive device 8 is also referred to as an in-wheel motor unit.
- the motor 6 may directly rotate and drive the wheels 2 without using the speed reducer 7.
- Each wheel 2, 3 is provided with a brake 9, 10 such as an electric type.
- Wheels 3 and 3 which are steering wheels serving as left and right front wheels can be steered via a steering mechanism 11 and are steered by a steering mechanism 12.
- the steering mechanism 11 is a mechanism that changes the angle of the left and right knuckle arms 11b that hold the wheel bearings 5 by moving the tie rod 11a to the left and right.
- An EPS (electric power steering) motor 13 is driven by a command from the steering mechanism 12. It is driven and moved left and right via a rotation / linear motion conversion mechanism (not shown).
- the steering angle is detected by the steering angle sensor 15, and the sensor output is output to the ECU 21, and the information is used for acceleration / deceleration commands for the left and right wheels.
- the vehicle body 1 includes an ECU 21 that is an electric control unit that performs overall control of the automobile, an inverter device 22 that controls the motor 6 for traveling in accordance with a command from the ECU 21, and a brake controller 23.
- the ECU 21 includes a computer, a program executed by the computer, various electronic circuits, and the like.
- the electric vehicle control device 20 of this embodiment is mainly composed of the ECU 21 and the inverter device 22.
- the ECU21 has the torque instruction means 34 and the general control part 21b.
- the torque command means 34 sends the left and right wheel travel motors 6, 6 based on the acceleration command output from the accelerator operation unit 16, the deceleration command output from the brake operation unit 17, and the turn command output from the steering angle sensor 15.
- the given acceleration / deceleration command is generated and output to the inverter device 22.
- the torque command means 34 outputs an acceleration / deceleration command to be output, information on the tire speed obtained from the rotation sensor 24 provided on the wheel bearings 4 and 5 of the wheels 2 and 3, You may have the function to correct
- the accelerator operation unit 16 includes an accelerator pedal and a sensor 16a that detects the amount of depression and outputs the acceleration command.
- the brake operation unit 17 includes a brake pedal and a sensor 17a that detects the amount of depression and outputs the deceleration command.
- the general control unit 21b of the ECU 21 processes a function of outputting a deceleration command output from the brake operation unit 17 to the brake controller 23, a function of controlling various auxiliary machine systems 25, and an input command from the console operation panel 26.
- the auxiliary machine system 25 is, for example, an air conditioner, a light, a wiper, a GPS, an airbag or the like, and is shown here as a representative block.
- the brake controller 23 is means for giving a braking command to the brakes 9 and 10 of the wheels 2 and 3 according to the deceleration command output from the ECU 21.
- the braking command output from the ECU 21 includes a command generated by means for improving the safety of the ECU 21.
- the brake controller 23 includes an antilock brake system.
- the brake controller 23 is configured by an electronic circuit, a microcomputer, or the like.
- the inverter device 22 includes a power circuit unit 28 provided for each motor 6 and a motor control unit 29 that controls the power circuit unit 28.
- the motor control unit 29 may be provided in common for each power circuit unit 28 or may be provided separately, but even if provided in common, each power circuit unit 28. For example, can be controlled independently so that the motor torque is different from each other.
- the motor control unit 29 has a function of outputting information (referred to as “IWM system information”) such as detection values and control values related to the in-wheel motor drive device 8 of the motor control unit 29 to the ECU.
- FIG. 2 is a block diagram showing a conceptual configuration of the inverter device 22.
- the power circuit unit 28 includes an inverter 31 that converts the DC power of the battery 19 into three-phase AC power that is used to drive the motor 6, and a PWM driver 32 that controls the inverter 31.
- the motor 6 is composed of a three-phase embedded magnet type synchronous motor or the like.
- the inverter 31 is composed of a plurality of semiconductor switching elements (not shown), and the PWM driver 32 performs pulse width modulation on the input current command and gives an on / off command to each of the semiconductor switching elements.
- the motor control unit 29 includes a computer, a program executed on the computer, and an electronic circuit, and includes a motor control unit 33 as a basic control unit.
- the motor control unit 33 converts the current command into a current command in accordance with the acceleration / deceleration command by the torque command given from the torque command unit 34 of the ECU 21 which is the host control unit, and gives the current command to the PWM driver 32 of the power circuit unit 28. It is.
- the motor control unit 33 obtains a motor current value flowing from the inverter 31 to the motor 6 from the current detection unit 35 and performs current feedback control.
- the motor control unit 33 obtains the rotation angle of the rotor of the motor 6 from the angle sensor 36, and performs control according to the rotor rotation angle by vector control or the like.
- the motor control unit 29 having the above-described configuration is provided with the following angular acceleration monitoring means 37, slip response control means 38, and reporting means 42. Further, an angular acceleration detecting means 39 for detecting the angular acceleration of the wheel 2 driven by the motor 6 and an uphill angle detecting means 41 are provided.
- the angular acceleration detection means 39 includes, for example, a means for detecting angular acceleration by differentiating a detected value of the tire rotation speed obtained from the rotation sensor 24, and is provided as a part of the motor control unit 29. Further, it may be provided as a sensor independent of the motor control unit 29.
- the climbing angle detection means 41 is composed of, for example, a gyro that detects the attitude of the vehicle body 1 of the vehicle, and is mounted at an appropriate location of the vehicle body 1.
- the climbing angle detection means 41 is not limited to detecting the attitude of the vehicle body 1 but may be a unit that detects the climbing angle by monitoring the drive system or the like.
- the angular acceleration monitoring means 37 is inserted between the motor 6 and the wheel 2 as Tt, the vehicle mass as m, the tire radius as r, the total driving torque that is the sum of the driving torques of all the motors 6 that drive the wheels 2 of the vehicle.
- k2 is a constant (any value within 1-2)
- g is the acceleration of gravity
- It is means for monitoring whether or not the allowable angular acceleration W (rad / s 2 ) calculated by The vehicle uphill angle a is a negative value in the case of a downhill.
- each quantity is Tt (Nm), m (m), r (w), a (rad), W (rad / s 2 ) (hereinafter the same).
- the angular acceleration monitoring means 37 when traveling on a flat ground, the term “sin (a) / m / r” on the right side in the above equation (2) becomes zero.
- W k1 ⁇ R ⁇ Tt / m / r 2 (1)
- k1 is a constant (any value within 1-2)
- the value of the total driving torque Tt is the current motor driving torque value recognized by the motor control unit 33 in the inverter device 22 from the detected current value of the ammeter 35, etc. It is obtained by adding from the inverter device 22 of the motor 6.
- the value of the total drive torque Tt may be added to the angular acceleration monitoring means 37 of each inverter device 22 by adding the value obtained from the motor control unit 33 of each inverter device 22 by the ECU 21.
- the slip countermeasure control means 38 is a means for causing the motor control unit 33 to reduce the driving torque of the motor when the angular acceleration monitoring means 37 determines that the allowable angular acceleration W is exceeded. How to reduce the driving torque by the slip countermeasure control means 38 may be performed according to an arbitrarily defined regular expression. For example, as shown in FIG. 5A, the allowable angular acceleration W is exceeded. The driving torque may be gradually decreased from the time t1 when it is determined that it is determined to reach the set ratio at the time t1 when it is determined that the allowable angular acceleration W is exceeded, as shown in FIG. The driving torque may be reduced. The degree of decrease in the drive torque may be set as appropriate by finding an appropriate value through testing, simulation, or the like. When the angular acceleration monitoring unit 37 detects that the angular acceleration monitoring unit 37 has returned to the allowable angular acceleration W, the slip countermeasure control unit 38 cancels the control for reducing the driving torque.
- the reporting unit 42 in FIG. 2 sends the determination result that the angular acceleration monitoring unit 37 exceeds the allowable angular acceleration W and information on the content of the control for reducing the driving torque by the slip countermeasure control unit 38 to the ECU 21. Report.
- the ECU 21 Upon receiving the report, the ECU 21 performs integrated control of the entire vehicle, for example, using the torque command means 34 or the like. Further, the ECU 21 receives a report from the reporting means 42 and displays on the screen of the driver's seat display device 27 that a slip has occurred and that the torque has been reduced in response to the slip. Also good.
- the theoretical angular acceleration w of the wheel 2 not considering external force such as wind pressure is determined by the total driving torque Tt of the motor 6, the vehicle mass m, the tire radius r, and the reduction ratio R as follows. Therefore, when the detected angular acceleration of the wheel 2 exceeds the theoretical angular acceleration w, it is estimated that the wheel 2 is slipping.
- the output torque of the speed reducer 7 is (total motor driving torque Tt) ⁇ (reduction ratio R), which is Tt ⁇ R.
- Tt total motor driving torque
- R reduction ratio
- the propulsive force F generated at the ground contact point of the tire is a value obtained by dividing the reduction gear output torque Tt ⁇ R by the tire radius r, and is Tt ⁇ R ⁇ 1 / r.
- the theoretical angular acceleration w When converted to angular acceleration, the theoretical angular acceleration w is Tt ⁇ R ⁇ 1 / r ⁇ 1 / m ⁇ 1 / r by dividing the acceleration ⁇ by the tire radius r. m / r 2 . Multiplying the theoretical acceleration w by an external force due to wind pressure or the like, the loss of the drive transmission system, and a coefficient k1 for allowing a certain amount of slip, the above right side of (1) is obtained.
- the right side of equation (1) is the first term on the right side of equation (2) (however, coefficient k2 in equation (2)).
- the angular acceleration detected by the angular acceleration detection means 39 is a value obtained by multiplying the theoretical acceleration w obtained as described above by a coefficient k2 for allowing a certain amount of slip. It is constantly monitored whether or not the angular acceleration W is within the range. If it is determined that the allowable angular acceleration W is exceeded, the slip countermeasure control means 38 causes the motor control unit 33 to reduce the drive torque of the motor 6. Thus, by reducing the drive torque 6 when slip occurs, an increase in abnormal torque due to slip occurrence can be prevented, and stable running can be performed. If the coefficients k1 and k2 are 1, the torque can be reduced even with a slight slip, so it is necessary to be 1 or more. However, if the coefficients k1 and k2 are too large, it is effective for preventing slip and preventing abnormal torque increase. Therefore, it is preferable to set an appropriate value in the range of 1 to 2 based on tests and simulations.
- the climbing angle detection unit 41 detects and controls the climbing angle a.
- the climbing angle detection unit 41 is not used, and the maximum vehicle specification is set as a vehicle specification that takes into account the influence of the climbing angle.
- the vehicle uphill angle a may be used.
- k3 is a constant (any value within 1-2)
- the value of “mg ⁇ sin (a) / m / r”, which is an acceleration component that is influenced by the vehicle climbing angle a, is added to the acceleration component in the case of flat ground traveling, and the value of the allowable angular acceleration W Define and monitor.
- the allowable angular acceleration W is determined in anticipation of the maximum vehicle uphill angle a set as a specification for each vehicle. For this reason, it is possible to avoid erroneous determination regarding slip determination on an uphill, and to avoid erroneous torque reduction. Further, in the case of this configuration, since the maximum vehicle uphill angle a set as the specification is used for determination, it is not necessary to provide the uphill angle detection means 41, and the configuration becomes simple.
- the driving torque when the motor 6 is actually operating is used for the slip determination, but the maximum torque of the motor 6 may be used.
- the detected value may be used for the vehicle climbing angle, or the maximum vehicle climbing angle set as a specification for the vehicle may be used. That is, in the case of flat ground traveling, the angular acceleration monitoring means 37 is configured to detect the angular acceleration of the wheels 2 when the total maximum torque, which is the sum of the maximum torques of all the motors 6 that drive the wheels 2 of the vehicle, is Tmaxt.
- k5 is a constant (any value within 1-2)
- g is the acceleration of gravity, It is good also as what monitors whether it is below the allowable angular acceleration W calculated by (1).
- the angle a in this case is the vehicle uphill angle detected by the uphill angle detection means 41.
- the angular acceleration monitoring means 37 is configured so that the angular acceleration detected by the angular acceleration detection means 39 of the wheel 2 is expressed by the following equation (6), where a1 is the maximum vehicle climbing angle set as a specification.
- W k6 * R * Tmaxt / m / r ⁇ 2 > + mg * sin (a1) / m / r (6)
- k6 is a constant (any value within 1-2), It is good also as what monitors whether it is below the allowable angular acceleration W calculated by (1).
- the allowable angular acceleration W is estimated to be larger than that calculated with the actual driving torque, and slip It is possible to avoid excessive torque reduction for prevention and prevention of abnormal torque increase.
- the in-wheel motor drive device 8 includes a reduction gear 7 interposed between a wheel bearing 4 and a motor 6, and a hub of the wheel 2 that is a drive wheel supported by the wheel bearing 4 and a rotation output shaft of the motor 6. 74 are connected on the same axis.
- the speed reducer 7 is a cycloid speed reducer, in which eccentric portions 82a and 82b are formed on a rotational input shaft 82 that is coaxially connected to a rotational output shaft 74 of the motor 6, and bearings 85 are respectively provided on the eccentric portions 82a and 82b.
- the curved plates 84a and 84b are mounted, and the eccentric motion of the curved plates 84a and 84b is transmitted to the wheel bearing 4 as rotational motion.
- the side closer to the outer side in the vehicle width direction of the vehicle when attached to the vehicle is referred to as the outboard side, and the side closer to the center of the vehicle is referred to as the inboard side.
- the wheel bearing 4 includes an outer member 51 in which a double row rolling surface 53 is formed on the inner periphery, an inner member 52 in which a rolling surface 54 facing each of the rolling surfaces 53 is formed on the outer periphery, and these
- the outer member 51 and the inner member 52 are composed of double-row rolling elements 55 interposed between the rolling surfaces 53 and 54 of the inner member 52.
- the inner member 52 also serves as a hub for attaching the drive wheels.
- the wheel bearing 4 is a double-row angular ball bearing, and the rolling elements 55 are made of balls and are held by a cage 56 for each row.
- the rolling surfaces 53 and 54 have a circular arc cross section, and the rolling surfaces 53 and 54 are formed so that the contact angles are aligned with the back surface.
- An end on the outboard side of the bearing space between the outer member 51 and the inner member 52 is sealed with a seal member 57.
- the outer member 51 is a stationary raceway, has a flange 51a attached to the housing 83b on the outboard side of the speed reducer 7, and is formed as an integral part as a whole.
- the flange 51a is provided with bolt insertion holes 64 at a plurality of locations in the circumferential direction.
- the housing 83b is provided with a bolt screw hole 94 whose inner periphery is threaded at a position corresponding to the bolt insertion hole 64.
- the outer member 51 is attached to the housing 83b by screwing the mounting bolt 65 inserted into the bolt insertion hole 94 into the bolt screwing hole 94.
- the inner member 52 is a rotating raceway, and the outboard side member 59 having a hub flange 59a for wheel mounting and the outboard side member 59 are fitted to the inner periphery of the outboard side member 59.
- the inboard side material 60 is integrated with the outboard side material 59 by fastening.
- the rolling surface 54 of each row is formed in each of the outboard side material 59 and the inboard side material 60.
- a through hole 61 is provided in the center of the inboard side member 60.
- the hub flange 59a is provided with press-fit holes 67 for hub bolts 66 at a plurality of locations in the circumferential direction.
- a cylindrical pilot portion 63 that guides driving wheels and braking components (not shown) protrudes toward the outboard side.
- a cap 68 that closes the outboard side end of the through hole 61 is attached to the inner periphery of the pilot portion 63.
- the speed reducer 7 is a cycloid speed reducer as described above, and the two curved plates 84a and 84b formed by the wavy trochoid curve having a gentle outer shape as shown in FIG.
- the shaft 82 is attached to each eccentric part 82a, 82b.
- a plurality of outer pins 86 for guiding the eccentric movements of the curved plates 84a and 84b on the outer peripheral side are provided across the housing 83b, and a plurality of inner pins 88 attached to the inboard side member 60 of the inner member 2 are provided.
- the curved plates 84a and 84b are engaged with a plurality of circular through holes 89 provided in the inserted state.
- the rotation input shaft 82 is spline-coupled with the rotation output shaft 74 of the motor 6 and rotates integrally.
- the rotary input shaft 82 is supported at both ends by two bearings 90 on the inboard side housing 83a and the inner diameter surface of the inboard side member 60 of the inner member 52.
- the curved plates 84a and 84b attached to the rotation input shaft 82 that rotates together with the motor 6 perform an eccentric motion.
- the eccentric motions of the curved plates 84 a and 84 b are transmitted to the inner member 52 as rotational motion by the engagement of the inner pins 88 and the through holes 89.
- the rotation of the inner member 52 is decelerated with respect to the rotation of the rotation output shaft 74. For example, a reduction ratio of 10 or more can be obtained with a single-stage cycloid reducer.
- the two curved plates 84a and 84b are attached to the eccentric portions 82a and 82b of the rotary input shaft 82 so as to cancel out the eccentric motion with each other, and are mounted on both sides of the eccentric portions 82a and 82b.
- a counterweight 91 that is eccentric in the direction opposite to the eccentric direction of the eccentric portions 82a and 82b is mounted so as to cancel the vibration caused by the eccentric movement of the curved plates 84a and 84b.
- bearings 92 and 93 are mounted on the outer pins 86 and the inner pins 88, and outer rings 92a and 93a of the bearings 92 and 93 are respectively connected to the curved plates 84a and 84b. It comes into rolling contact with the outer periphery and the inner periphery of each through-hole 89. Therefore, the contact resistance between the outer pin 86 and the outer periphery of each curved plate 84a, 84b and the contact resistance between the inner pin 88 and the inner periphery of each through hole 89 are reduced, and the eccentric motion of each curved plate 84a, 84b is smooth. Can be transmitted to the inner member 52 as a rotational motion.
- the motor 6 is a radial gap type IPM motor in which a radial gap is provided between a motor stator 73 fixed to a cylindrical motor housing 72 and a motor rotor 75 attached to the rotation output shaft 74.
- the rotation output shaft 74 is cantilevered by two bearings 76 on the cylindrical portion of the housing 83 a on the inboard side of the speed reducer 7.
- the motor stator 73 includes a stator core portion 77 and a coil 78 made of a soft magnetic material.
- the stator core portion 77 is held by the motor housing 72 with its outer peripheral surface fitted into the inner peripheral surface of the motor housing 72.
- the motor rotor 75 includes a rotor core portion 79 that is fitted on the rotation output shaft 74 concentrically with the motor stator 73, and a plurality of permanent magnets 80 that are built in the rotor core portion 79.
- the motor 6 is provided with a plurality of (here, two) angle sensors 36A and 36B for detecting the relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75.
- These angle sensors 36A and 36B are the angle sensors 36 in FIGS.
- Each angle sensor 36 ⁇ / b> A, 36 ⁇ / b> B detects and outputs a signal representing a relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75, and an angle for calculating an angle from the signal output from the angle sensor body 70.
- an arithmetic circuit 71 is provided with a plurality of (here, two) angle sensors 36A and 36B for detecting the relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75.
- the angle sensor main body 70 includes a detected portion 70a provided on the outer peripheral surface of the rotation output shaft 74, and a detecting portion 70b provided in the motor housing 72 and disposed in close proximity to the detected portion 70a, for example, in the radial direction. Become.
- the detected part 70a and the detecting part 70b may be arranged close to each other in the axial direction.
- different types of angle sensors 36A and 36B are used.
- a detected part 70a of the angle sensor body 70 is formed of a magnetic encoder, and a resolver is used as the other angle sensor 36B.
- the rotation control of the motor 6 is performed by the motor control unit 29 (FIGS. 1 and 2).
- each wave of the alternating current flowing through the coil 78 of the motor stator 73 is based on the relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75 detected by the angle sensors 36A and 36B.
- the application timing of each phase is controlled by the motor control unit 33 of the motor control unit 29.
- the angular acceleration monitoring means 37 and the slip countermeasure control means 38 are provided in the inverter device 22, but these means 37 and 38 may be provided in the ECU 21.
- FIGS. 9 showing the second embodiment, the torque command means 34 in the ECU 21 of FIG. 1 is the drive control unit 21a having the torque distribution means 48, and only the point that the uphill angle detection means 41 of FIG. 1 and other configurations are common to both.
- the ECU 21 is roughly divided into a drive control unit 21a that performs control related to driving and a general control unit 21b that performs other controls, when roughly classified by function.
- the drive control unit 21a includes a torque distribution unit 48.
- the torque distribution unit 48 like the torque command unit 34 in the first embodiment, outputs an acceleration command output from the accelerator operation unit 16 and the brake operation unit 17.
- the acceleration / deceleration command to be given to the left and right wheel driving motors 6 and 6 is generated as a torque command value from the deceleration command output by the steering angle sensor 15 and the turning command output from the steering angle sensor 15, and is output to the inverter device 22.
- the accelerator operation section 16 and the brake operation section 17 serve as acceleration / deceleration operation means 38 (FIG.
- the torque distribution means 48 includes a braking torque command value that causes the motor 6 to function as a regenerative brake and a braking that operates the mechanical brakes 9 and 10 when there is a deceleration command output from the brake operation unit 17. It has a function to distribute to torque command value.
- the braking torque command value to function as a regenerative brake reflects the acceleration / deceleration command given to the left and right wheel traveling motors 6 and 6 in the torque command value.
- a braking torque command value for operating the mechanical brakes 9 and 10 is output to the brake controller 23.
- the torque distribution means 48 outputs the acceleration / deceleration command to be output, information on the tire rotation speed obtained from the rotation sensors 24, 24A provided on the wheel bearings 4, 5 of the wheels 2, 3, You may have the function corrected using the information of each vehicle-mounted sensor.
- the motor control unit 29 is provided separately for each power circuit unit 28, and the inverter device 22 including the power circuit unit 28 and the motor control unit 29 is provided. And the in-wheel motor drive device 8 including the motor 6 to be controlled constitutes the in-wheel motor unit 30 as described above.
- FIG. 10 is a block diagram showing a conceptual configuration of the in-wheel motor unit 30.
- the power circuit unit 28 of the inverter device 22 includes an inverter 31 that converts the DC power of the battery 19 into three-phase AC power used for driving the motor 6, and a PWM driver 32 that controls the inverter 31.
- the motor 6 is a three-phase synchronous motor, for example, an IPM type (embedded magnet type) synchronous motor or the like.
- the inverter 31 is composed of a plurality of semiconductor switching elements (not shown), and the PWM driver 32 performs pulse width modulation on the input current command and gives an on / off command to each of the semiconductor switching elements.
- the motor control unit 29 includes a computer, a program executed on the computer, and an electronic circuit.
- the motor control unit 29 converts it into a current command according to a torque command that is an acceleration / deceleration command given from the ECU 21 that is the host control means, and gives the current command to the PWM driver 32 of the power circuit unit 28. Further, the motor control unit 29 obtains a motor current value flowing from the inverter 31 to the motor 6 from the current sensor 35 and performs current feedback control. In this current control, the rotation angle of the rotor of the motor 6 is obtained from the angle sensor 36, and control according to the rotation angle such as vector control is performed.
- the following slip countermeasure control means 38 is provided above the motor control main part 37 in the motor control part 29 of the inverter device 22. Further, angular acceleration detection means 39 for detecting the angular acceleration of the wheel is provided.
- the motor control main unit 37 is a means for performing a current command to be given to the power circuit unit 28 in accordance with a rotation angle such as vector control in accordance with the torque command given from the ECU 21.
- the angular acceleration detection means 39 detects the angular acceleration of the rotor of the motor 6, converts it to the angular acceleration of the wheels, and outputs it.
- the angular acceleration detection means 39 is, for example, a resolver and a means for processing a detection signal thereof, but the angle sensor 36 may be used as the angular acceleration detection means 39 for detecting the angular acceleration of the wheel.
- the slip countermeasure control means 38 is provided in the inverter device 22 for the motor 6 of each wheel so that it can be controlled independently of each other.
- the slip countermeasure control means 38 includes an upper limit value calculation unit 42, an angular velocity change determination unit 43, and an addition unit 44.
- the upper limit calculation unit 42 is a unit that calculates the upper limit value of the angular acceleration detected by the angular acceleration detection unit 39 as a function of the vehicle weight and the output torque, and sets the upper limit value that is the calculation result as a threshold value.
- the output torque value the current motor drive torque value recognized by the motor control unit 29 in the inverter device 22 from the current detection value of the ammeter or the like is used.
- the angular velocity change determination unit 43 determines whether or not the angular acceleration detected by the angular acceleration detection means 39 has exceeded the upper limit value calculated by the upper limit value calculation unit 42. It is means for outputting a torque correction value for reducing the torque command value.
- the adding unit 44 is means for adding the torque correction value output from the angular velocity change determining unit 43 to the torque command value from the ECU 21.
- the upper limit value calculation unit 42 of the slip handling control means 38 may determine and set the upper limit value of the angular acceleration using only the output torque as the detected value with the vehicle weight as a fixed value.
- a load sensor 46 (FIG. 11) is provided on each of the wheel bearings 4 and 5 of each of the two front wheels 3 and the two rear wheels 2 (FIG. 9), and the vehicle weight is measured in real time by each load sensor 46. The upper limit value may be determined and set using the vehicle weight.
- the angular acceleration determination unit 43 in the slip countermeasure control means 38 changes the amount of torque reduction, which is a torque correction value to be output, according to the degree to which the angular acceleration of the wheel exceeds the upper limit value.
- the amount of torque reduction according to the degree of exceeding the upper limit value may be changed proportionally, that is, linearly, or may be changed according to a predetermined curve or stepwise. . Note that the angular acceleration determination unit 43 may keep the output torque correction value constant.
- a change in angular velocity of each wheel serving as a drive wheel that is, a change in angular velocity output from the angular acceleration detection means 39 is monitored by the angular acceleration determination unit 43.
- the angular acceleration determination unit 43 determines that the change in the angular velocity is greater than a threshold value ( ⁇ 0) that is an upper limit value converted as described later from the vehicle weight and torque by the upper limit value calculation unit 42, the tire slips.
- a torque correction value is output, and the addition unit 44 adds the torque correction value to the torque command value.
- the angular acceleration determination unit 43 outputs the torque correction value so that the value of the torque command value + the torque correction value gradually decreases.
- FIG. 12 shows an example of changes in the torque correction value.
- the angular acceleration determination unit 43 determines that the tire is slipping and outputs a correction value as described above, and then determines that the tire is not slipping, that is, the threshold value (the change in angular velocity is the upper limit value). If it is determined that ⁇ 0) or less, the torque correction value to be added is decreased, so that the torque command value + torque correction value becomes the same as the torque command value, that is, the torque command value gradually decreases. It works to become zero.
- the motor torque T1 can be determined that slip when the K * T 1 or more bit-converted rotational angular velocity change is detected, the angular velocity change determination unit 43 outputs the torque correction value to reduce motor torque. From the above equation, it can be seen that the upper limit value of the change in angular velocity is a function of the weight of the vehicle. Therefore, optimum control can be performed if the axle load of the four wheels of the vehicle is measured in real time and the sum is W.
- the motor 6 is provided with an angle sensor 36 that detects a relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75.
- the angle sensor 36 detects and outputs a signal representing a relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75, and an angle calculation circuit 71 that calculates an angle from the signal output from the angle sensor body 70.
- the angle sensor main body 70 includes a detected portion 70a provided on the outer peripheral surface of the rotation output shaft 74, and a detecting portion 70b provided in the motor housing 72 and disposed in close proximity to the detected portion 70a, for example, in the radial direction. Become.
- the detected part 70a and the detecting part 70b may be arranged close to each other in the axial direction.
- each angle sensor 36 a magnetic encoder or a resolver is used as each angle sensor 36.
- the rotation control of the motor 6 is performed by the motor control unit 29 (FIGS. 9 and 10).
- each phase of each wave of alternating current flowing through the coil 78 of the motor stator 73 based on the relative rotation angle between the motor stator 73 and the motor rotor 75 detected by the angle sensor 42. Is controlled by the motor control unit 33 of the motor control unit 29.
- the motor current wiring of the in-wheel motor driving device 8 and various sensor system and command system wiring are collectively performed by a connector 99 provided in the motor housing 72 or the like.
- the load sensor 46 shown in FIG. 10 includes, for example, a plurality of sensor units 120 shown in FIG. 13 and a signal processing unit 130 that processes output signals of these sensor units 120.
- the sensor unit 120 is provided at four locations on the outer diameter surface of the outer member 51 that is a stationary raceway in the wheel bearing 4.
- FIG. 13 shows a front view of the outer member 1 viewed from the outboard side.
- these sensor units 120 are provided on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the outer member 51 that is in the vertical position and the horizontal position with respect to the tire ground contact surface.
- the signal processing unit 130 may be provided on the outer member 51, or may be provided on the motor control unit 29 of the inverter device 22.
- the signal processing unit 130 compares the outputs of the four sensor units 120 described above, and acts on each load acting on the wheel bearing 4, specifically, between the road surface of the wheel 2 and the tire according to a predetermined arithmetic expression.
- a vertical load Fz serving as a load, a vehicle traveling direction load Fx serving as a driving force and a braking force, and an axial load Fy are calculated and output.
- Four sensor units 120 are provided, and each sensor unit 120 is provided on the upper surface portion, the lower surface portion, the right surface portion, and the left surface portion of the outer diameter surface of the outer member 51 that is in the vertical position and the horizontal position with respect to the tire ground contact surface.
- the vertical load Fz ⁇ , the vehicle traveling direction load Fx and the axial load Fy acting on the wheel bearing 4 can be estimated with high accuracy.
- the vertical load Fz is obtained by comparing the outputs of the two upper and lower sensor units 120
- the vehicle traveling direction load Fx is obtained by comparing the outputs of the two front and rear sensor units 120.
- the axial load Fy is obtained by comparing the outputs of the four sensor units 120.
- the calculation of the loads FxF, Fy, and Fz by the signal processing unit 130 can be performed with high accuracy by setting arithmetic expressions and parameters based on values obtained by tests and simulations. More specifically, various corrections are performed for the above calculation, but the description of the correction is omitted.
- Each sensor unit 120 is, for example, as shown in an enlarged plan view and an enlarged cross-sectional view in FIGS. 14 and 15, and the strain generating member 121 and attached to the strain generating member 121 to detect the strain of the strain generating member 121.
- the strain sensor 122 is made of an elastically deformable metal plate having a thickness of 3 mm or less, such as a steel material, and has a planar shape of a strip having a uniform width over the entire length, and has notches 121b on both sides of the center. Further, the strain generating member 121 has two contact fixing portions 121 a that are fixed to the outer diameter surface of the outer ring 1 through spacers 123 at both ends.
- the strain sensor 122 is affixed to the strain generating member 121 at a location where the strain increases with respect to the load in each direction.
- the location the central portion sandwiched between the notch portions 121b on both sides on the outer surface side of the strain generating member 121 is selected, and the strain sensor 122 measures the circumferential strain around the notch portion 121b. To detect.
- the two contact fixing portions 121a of the strain generating member 121 are positioned at the same size in the axial direction of the outer ring 1, and the two contact fixing portions 121a are located at positions separated from each other in the circumferential direction.
- These contact fixing portions 121a are fixed to the outer diameter surface of the outer ring 1 by bolts 124 through spacers 123, respectively.
- Each of the bolts 124 is inserted into a bolt insertion hole 126 of the spacer 123 from a bolt insertion hole 125 provided in the contact fixing portion 121a in the radial direction, and a screw hole 127 provided in an outer peripheral portion of the outer member 51. Screwed on.
- the central portion having the notch portion 121b in the thin plate-shaped strain generating member 121 is located outside the outer ring 1. It becomes a state away from the radial surface, and distortion deformation around the notch 121b becomes easy.
- an axial position that is the periphery of the rolling surface 53 of the outboard side row of the outer member 51 is selected here.
- the periphery of the rolling surface 53 of the outboard side row is a range from the intermediate position of the rolling surface 53 of the inboard side row and the outboard side row to the formation portion of the rolling surface 53 of the outboard side row. It is.
- a flat portion 1b is formed at a location where the spacer 123 is contacted and fixed on the outer diameter surface of the outer member 51.
- strain sensors 122 can be used.
- the strain sensor 122 can be composed of a metal foil strain gauge.
- the distortion generating member 121 is usually fixed by adhesion.
- the strain sensor 122 can be formed on the strain generating member 121 with a thick film resistor.
- the motor control unit 29 is provided in the inverter device 22.
- the motor control unit 29 may be provided in the main ECU 21.
- ECU21 and the inverter apparatus 22 are provided separately in this embodiment, you may provide as an integrated control apparatus.
- this invention demonstrated about the case where it applied to the electric vehicle provided with the in-wheel motor drive device 8, this invention is an electric vehicle which drives an left-and-right wheel independently with an onboard type motor, 1
- the present invention can also be applied to an electric vehicle in which left and right wheels are driven by a single motor.
- An electric vehicle control device includes an electric vehicle including a motor control device that controls driving of a traveling motor in accordance with a torque command value provided by a host control unit based on a command output from an acceleration / deceleration operation unit.
- a control device, Rotation detecting means for detecting angular acceleration of wheels driven by the motor is provided, and an upper limit value of angular acceleration detected by the rotation detecting means is set as a function of vehicle weight and output torque in the motor control device.
- a slip countermeasure control means is provided for reducing the torque command value when the angular acceleration detected by the rotation detection means exceeds the set upper limit value.
- the slip countermeasure control means sets the vehicle weight as a fixed value, and determines and sets the upper limit value of the angular acceleration only by the output torque.
- load sensors are provided in the respective wheel bearings of the two front wheels and the two rear wheels of the vehicle, and the slip correspondence control means measures the vehicle weight in real time by the load sensors, and the measurement is performed. The upper limit value is determined and set using the vehicle weight.
- the slip countermeasure control unit changes the amount of torque reduction according to the degree to which the angular acceleration of the wheels exceeds the upper limit value.
- the slip countermeasure control unit can be controlled independently for each wheel.
- An electric vehicle comprising the electric vehicle control device according to any one of aspects 1 to 5.
- An electric vehicle slip response control method for controlling driving of a motor for traveling according to a torque command value given by a host control unit based on a command output by an acceleration / deceleration operation unit,
- the angular acceleration of the wheel driven by the motor is detected, and using the detected angular acceleration, an upper limit value of the angular acceleration is set as a function of the vehicle weight and the output torque, and the set upper limit value is When the detected angular acceleration of the wheel exceeds, the torque command value is reduced.
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Abstract
車両の車輪(2)を駆動する全モータ(6)の駆動トルクの総和である総駆動トルクを(Tt)、車両質量を(m)、タイヤ半径を(r)、モータ(6)と車輪(2)間に挿入される減速機(7)の減速比を(R)とする。車輪(2)の角加速度検出手段(39)で検出される角加速度が、次式W-K1×R×Tt/m/r2 、(K1は定数)で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視する角加速度監視手段(37)を設ける。許容角加速度(W)を超えていると判定したときに、モータ制御部(33)にモータの駆動トルクを減少させるスリップ対応制御手段(38)を設ける。
Description
本出願は、2011年11月24日出願の特願2011-256141、および2011年12月1日出願の特願2011-263401の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
この発明は、バッテリ駆動や燃料電池駆動等の電気自動車のような電動車両制御装置に関し、特にそのタイヤのスリップ制御に関する。
電気自動車等の電動車両では、内燃機関に比べて応答性の高いモータが用いられ、そのモータはトルク制御される。特に、インホイールモータ型の電気自動車では、各輪独立に応答性の高いモータが用いられる。
上記のように電気自動車では応答性の高いモータが用いられ、トルク制御されるため、タイヤがスリップ等で路面から離れたときに、タイヤは急激な回転上昇を発生させる。このようなスリップによるモータの急激な回転上昇は自動車の安定した走行に好ましくない。車輪を個別に駆動するインホイールモータ型の電気自動車では、一部の駆動輪の上記のようなスリップによるモータの急激な回転上昇は、極力防止する必要がある。
電動車両は、上記のように駆動を応答性の良いモータで行うため、トルク制御による車両の安定走行化が容易と考えられている。特にスリップ制御に関しては、高速なトルク応答性を活かして、ブレーキで制御する以上の高度な制御が可能である。一般的にはタイヤの角加速度が一定値を超えた場合にスリップと判断し、トルクを低減させる制御が行われている。しかし、その方法では、駆動トルクの違いによるスリップ時の角加速度の違いを吸収できず、余裕を大きく取った安全側の閾値設定となり、タイヤのグリップ力を上限まで使うことができない。
この発明の目的は、タイヤのスリップ発生による異常トルクの増大を防止でき、車両の安定走行に寄与できる電動車両制御装置を提供することであり、この発明の他の目的は、適切なスリップ防止が行えて、タイヤのグリップ力を最大限に利用できる電動車両制御装置および電動車両を提供することである。この発明のさらに他の目的は、タイヤのスリップ発生による異常トルクの増大を防止でき、安定走行が行える電動車両を提供することである。以下、この発明の概要について、実施形態を示す図面中の符号を用いて説明する
この発明の電動車両制御装置20は、トルク指令手段34から与えられたトルク指令に応じて、車輪2を駆動するモータ6のトルクを制御するモータ制御部33を備えた電動車両制御装置であって、
前記モータ6で駆動される車輪2の角加速度を検出する角加速度検出手段39と、
前記車輪2を駆動する全モータ6の駆動トルクの総和である総駆動トルクをTt、車両質量をm、タイヤ半径をr、モータ6と車輪2間に挿入される減速機7の減速比をR、登坂角度検出手段41で検出された車両登坂角度をa、車両につき仕様として設定された最大の車両登坂角度をa1とした場合に、いずれかの車輪2の前記角加速度検出手段39で検出される角加速度が、次式(1)~(6)のいずれか、
(1)W=k1×R×Tt/m/r2
ただし、k1は定数(1~2内の任意の値)、
(2)W=k2×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r
ただし、k2は定数(1~2内の任意の値)、gは重力の加速度、
(3)W=k3×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r
ただし、k3は定数(1~2内の任意の値)、
(4)W=k4×R×Tmaxt/m/r2
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k4は定数(1~2内の任意の値)、
(5)W=k5×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k5は定数(1~2内の任意の値)、g:重力の加速度、
(6)W=k6×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k6は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視する角加速度監視手段37と、この角加速度監視手段37が許容角加速度W以下であると判定したときに、前記モータ制御部33にモータ6の駆動トルクを減少させるスリップ対応制御手段38とを設けたものである。なお、各量の単位は、Tt(Nm)、m(m)、r(w)、W(rad/s2 )である(以下、同様)。
前記モータ6で駆動される車輪2の角加速度を検出する角加速度検出手段39と、
前記車輪2を駆動する全モータ6の駆動トルクの総和である総駆動トルクをTt、車両質量をm、タイヤ半径をr、モータ6と車輪2間に挿入される減速機7の減速比をR、登坂角度検出手段41で検出された車両登坂角度をa、車両につき仕様として設定された最大の車両登坂角度をa1とした場合に、いずれかの車輪2の前記角加速度検出手段39で検出される角加速度が、次式(1)~(6)のいずれか、
(1)W=k1×R×Tt/m/r2
ただし、k1は定数(1~2内の任意の値)、
(2)W=k2×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r
ただし、k2は定数(1~2内の任意の値)、gは重力の加速度、
(3)W=k3×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r
ただし、k3は定数(1~2内の任意の値)、
(4)W=k4×R×Tmaxt/m/r2
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k4は定数(1~2内の任意の値)、
(5)W=k5×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k5は定数(1~2内の任意の値)、g:重力の加速度、
(6)W=k6×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k6は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視する角加速度監視手段37と、この角加速度監視手段37が許容角加速度W以下であると判定したときに、前記モータ制御部33にモータ6の駆動トルクを減少させるスリップ対応制御手段38とを設けたものである。なお、各量の単位は、Tt(Nm)、m(m)、r(w)、W(rad/s2 )である(以下、同様)。
式(1)が適用される場合、車輪2の、風圧等の外力等を考慮しない理論上の角加速度wは、次のように、モータ6の総駆動トルクTt、車両質量m、タイヤ半径r、減速比Rによって定まる。ここで減速比Rというのは、入力に対してR倍に減速することをいう。したがって、検出された車輪2の角加速度が前記理論上の角加速度wを超えていると、車輪2にスリップが生じていると推定される。すなわち、減速機7の出力トルクは、(モータの総駆動トルクTt)×(減速比R)であり、Tt×Rである。平地走行の場合、タイヤの接地点に生じる推進力Fは、減速機出力トルクTt×Rをタイヤ半径rで除した値であり、Tt×R×1/rである。理論上の加速度αは、F=mαの関係から、α=F/mであり、Tt×R×1/r×1/mである。角加速度に換算すると、理論上の角加速度wは、加速度αをタイヤ半径rで除して、Tt×R×1/r×1/m×1/rであり、整理すると、R×Tt/m/r2 である。この理論上の加速度wに、風圧等による外力、駆動伝達系の損失の影響の考慮や、ある程度のスリップを許容するための係数k1を乗算すると、上記の(1) の右辺となる。
角加速度監視手段37は、角加速度検出手段39で検出される角加速度が、上記のように求まる理論上の加速度wに、ある程度のスリップを許容するため等の係数k1を乗じた値である許容角加速度W以下であるか否かを常時監視する。許容角加速度Wを超えていると判定されると、スリップ対応制御手段38は、モータ制御部33にモータ6の駆動トルクを減少させる。このようにスリップ発生時に駆動トルク6を減少させることで、モータ制御部33が閉ループのトルク制御であっても、スリップ発生による異常トルクの増大を防止でき、安定した走行が行える。前記係数k1を1とすると僅かなスリップでもトルク低減させることになるため、1以上であることが必要であるが、2以上と大きくし過ぎるとスリップ防止の実効が得られなくなるため、試験やシミュレーション等に基づき、1~2の範囲で適宜の値に定めるのが良い。また、スリップ対応制御手段38により駆動トルクを減少させる程度は、適宜設定すれば良い。
上記式(1)による許容角加速度Wは、平地走行である場合に適しており、坂道を走行する場合は、次式(2) または(3) により、登坂角度aを考慮した値とするのが良い。登坂角度aについては、登坂角度検出手段41を有する場合は、その検出値を用いるのが良く、また登坂角度検出手段41を有しない場合は、車両の設計上の最大登坂角度を用いるのが良い。
式(2)が適用される電動車両制御装置20の場合、車両登坂角度aによって影響する加速度成分である「mg× sin(a)/m/r」の値を、平地走行の場合の加速度成分に加えて許容角加速度Wの値を定め、監視する。そのため、坂道において、角加速度監視手段37による適切なスリップ判断が行えて、効果的にスリップ防止やスリップによる異常トルク増大の防止のためのトルク減少が行える。また、登坂角度検出手段41で実際の登坂角度aを検出して制御するため、登坂角度aに応じたスリップ判断を精度良く行うことができる。この電動車両制御装置20において、登坂角度検出手段41で検出される登坂角度aが零の場合、つまり平地走行の場合は、車両登坂角度aによって影響する加速度成分である「mg× sin(a)/m/r」の値が零となるため、角加速度監視手段37は、結果的に式(1)が適用される電動車両制御装置20と同様の判断を行うことになる。この式(2)が適用される電動車両制御装置20におけるその他の構成、効果は、前記式(1)が適用される電動車両制御装置20と同様である。
式(3)が適用される電動車両制御装置20の場合も、車両につき仕様として設定された車両登坂角度a1によって影響する加速度成分である「mg× sin(a1)/m/r」の値を、平地走行の場合の加速度成分に加えて許容角加速度Wの値を定め、監視する。この場合、車両につき仕様として設定された最大の車両登坂角度a1を見込んで許容角加速度Wを定める。そのため、上り坂において、スリップ判断につき誤判断することが防止され、誤ってトルク減少させることが防止される。また、この構成の場合、仕様として設定された最大の車両登坂角度aを判断に用いるため、登坂角度検出手段41を設けることが不要であり、構成が簡素となる。この式(3)が適用される電動車両制御装置20におけるその他の構成、効果は、前記式(1)が適用される電動車両制御装置20と同様である。
式(4)が適用される電動車両制御装置の場合、全モータ6のトルクの総和を求めるにつき、モータ6の最大トルクを用いる。そのため、実際の駆動トルクで計算する場合よりも、許容角加速度Wが大きく見積もられることになり、スリップ防止や異常トルク防止のためのトルク減少を行い過ぎることが防止される。この式(4)が適用される電動車両制御装置20におけるその他の構成、効果は、前記式(1)が適用される電動車両制御装置と同様である。
式(5)が適用される電動車両制御装置20の場合も、全モータ6のトルクの総和を求めるにつき、モータ6の最大トルクを用いる。そのため、実際の駆動トルクで計算する場合よりも、許容角加速度Wが大きく見積もられることになり、スリップ防止や異常トルク増大防止のためのトルク減少を行い過ぎることが防止される。また、式(2)が適用される電動車両制御装置20と同様に、車両登坂角度aによって影響する加速度成分である「mg× sin(a)/m/r」の値を、平地走行の場合の加速度成分に加えて許容角加速度Wの値を定め、監視する。そのため、坂道において、角加速度監視手段37による適切なスリップ判断が行えて、効果的にスリップ防止や異常トルク増大の防止のためのトルク減少が行える。また、登坂角度検出手段41で実際の登坂角度aを検出して制御するため、登坂角度aに応じたスリップ判断を精度良く行うことができる。この式(5)が適用される電動車両制御装置20におけるその他の構成、効果は、式(1)または式(2)が適用される電動車両制御装置20と同様である。
式(6)が適用される電動車両制御装置20の場合も、全モータ6のトルクの総和を求めるにつき、モータ6の最大トルクを用いる。そのため、実際の駆動トルクで計算する場合よりも、許容角加速度Wが大きく見積もられることになり、スリップ防止や異常トルク増大防止のためのトルク減少を行い過ぎることが防止される。また、式(3)が適用される電動車両制御装置20と同様に、車両登坂角度aによって影響する加速度成分である「mg× sin(a)/m/r」の値を、平地走行の場合の加速度成分に加えて許容角加速度Wの値を定め、監視する。この場合、車両につき仕様として設定された最大の車両登坂角度aを見込んで許容角加速度Wを定める。そのため、上り坂において、スリップ判断につき誤判断することが防止され、誤ってトルク減少させることが防止される。また、この構成の場合、仕様として設定された最大の車両登坂角度aを判断に用いるため、登坂角度検出手段41を設けることが不要であり、構成が簡素となる。この式(6)が適用される電動車両制御装置20におけるその他の構成、効果は、式(1)または式(3)が適用される電動車両制御装置20と同様である。
この発明において、前記モータ6は、前記電気自動車の車輪2を個別に駆動するモータ6であっても良い。電気自動車ではモータ6をトルク制御し、またモータ6は応答性が高いため、各車輪2を個別にモータ駆動する車両では、駆動輪のうちの一部の車輪2が中に浮くなどすると、負荷が軽くなる結果、その車輪2のモータが加速されることになる。そのため、この発明による、加速度判定によるトルク減少の制御が、安定走行の上でより効果的となる。
この発明において、車輪2を個別にモータ6で駆動する電気自動車では、前記スリップ対応制御手段38は、前記角加速度検出手段39で検出される角加速度が前記許容角加速度Wを超えている車輪を駆動するモータ6のみ、前記モータ制御部33にモータ6の駆動トルクを減少させるものとしても良い。上記のように、各車輪2を個別にモータ駆動する車両では、駆動輪のうちの一部の車輪2が中に浮くなどすると、その車輪2のモータ6が加速されることになるため、その加速されたモータ6のみ、前記モータ制御部33にモータの駆動トルクを減少させることが、走行の安定の上で好ましい。
この発明において、前記モータ6は、一部または全体が車輪2内に配置されて前記モータ6と減速機7とを含むインホイールモータ駆動装置8を構成するものであっても良い。また、電気自動車が前記モータ6の回転を減速する減速機7を備え、この減速機は4以上の高減速比を有するものであっても良い。前記電気自動車が前記モータ6の回転を減速する減速機7を備え、この減速機7はサイクロイド減速機であっても良い。インホイールモータ駆動装置を用いた電気自動車であると、各輪2が独立して応答性の良いモータ6で駆動されるため、駆動車輪のスリップに対する制御が走行の安定性に大きく影響する。そのため、この発明によるスリップ低減の効果が、走行の安定性向上により効果的に発揮される。また、サイクロイド減速機を用いるなど、インホイールモータ駆動装置8等の減速機7の減速比が高い場合、モータ6の小型化に寄与するが、モータ6のトルクは拡大して車輪に伝達される。そのため、タイヤのスリップ防止やスリップによる異常トルク増大の防止はより重要となる。
この発明において、さらに、加減速の操作手段の出力する指令にトルク指令値を出力する角加速度検出手段39を設け、前記スリップ対応制御手段38は、前記角速度検出手段39で検出された角加速度が角加速度の設定上限値を超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるものでも良い。
この構成によると、スリップ対応制御手段38は、スリップ判断のための車輪の角加速度の上限値を、車両質量と出力トルクとの関数として設定し、この上限値を超えた場合に、スリップが発生したと判断してトルク指令値を低減させる。そのため、スリップ判断のための角加速度の上限値、つまり閾値を最適な値に設定することができて、無駄に安全側に大きくした閾値とならず、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができる。
この発明において、前記スリップ対応制御手段38は、車両質量を固定値とし、出力トルクのみによって角加速度の上限値を決定し設定するようにしても良い。車両質量を固定値とすれば、スリップ対応制御手段38が簡易となり、また車両質量を測定するためのセンサ類が不要となる。
この発明において、車両の2つの前輪および2つの後輪のそれぞれの車輪用軸受に荷重センサ46を設け、前記スリップ対応制御手段38は、前記各荷重センサ46によりリアルタイムで車両質量を測定し、この測定された車両質量を用いて前記上限値を決定し、設定しても良い。この構成の場合、乗員数や積載荷物等により変化する車両質量を、リアルタイムで測定し、スリップ判断のための上限値を決定するため、より適切な上限値の設定が可能となり、タイヤのグリップ力をより一層最大限に利用することができる。
この発明において、前記スリップ対応制御手段38は、車輪の角加速度が前記上限値を超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させるようにしても良い。スリップ対応制御手段38によるトルクの低減量は固定値としてもスリップ制御が可能であるが、上限値を超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させることで、無駄にトルク低下させることなく、より一層適切なスリップ制御が行える。
この発明において、2輪以上の車輪を独立して駆動するモータおよび前記電動車両制御装置20を備えた電動車輪において、前記スリップ対応制御手段38を各輪独立して制御可能に設けても良い。車輪2のスリップは車輪個別に起こることが多いため、2輪以上の車輪2を独立して駆動するモータを有する場合は、各輪独立してスリップ制御することで、無駄に走行駆動力を低減させずに済む。なお、スリップ制御は、スリップが生じてタイヤグリップ力が低下した車輪2につき、タイヤグリップ力が生じるように行う制御であるため、左右の片方の車輪2のみトルク指令値を低下させるようにしても、左右の走行駆動力のバランスは、スリップが生じている場合よりも良好となる。
この発明の電動車両は、この発明の上記いずれかの構成の電動車両制御装置20を備えたものである。この電動車両によると、この発明の電動車両制御装置20によるスリップ制御により、スリップ判断のための角加速度の上限値が無駄に安全側に大きくした閾値とならず、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができて、無駄に速度低下を生じさせることなく、スリップの少ない安定した走行が行える。
請求の範囲および/または明細書および/または図面に開示された少なくとも2つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の2つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の第1実施形態に係る電動車両制御装置を装備した電気自動車を平面図で示す概念構成のブロック図である。
同電気自動車の電動車両制御装置におけるインバータ装置の概念構成のブロック図である。
同電気自動車におけるトルクと加速度の関係を示す模式図である。
同電気自動車におけるトルクと加速度の関係を示すブロックである。
同電気自動車におけるトルクと加速度の関係を示すブロック図である。
同電気自動車における登坂時の作用力の説明図である。
同電気自動車の電動車両制御装置におけるスリップ対応制御手段によるトルク低下の例を示すグラフである。
同電気自動車の電動車両制御装置におけるスリップ対応制御手段によるトルク低下の他の例を示すグラフである。
同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。
図6のVII-VII 線断面図である。
図7の部分拡大断面図である。
この発明の第2実施形態に係る電動車両を平面図で示す概念構成のブロック図である。
同電動車両のインホイールモータユニットの概念構成を示すブロック図である。
同電動車両におけるインバータ装置およびスリップ対応制御手段の概念構成を示すブロック図である。
同インバータ装置に設けられたスリップ対応制御手段による制御例を示すグラフである。
同電動車両における車輪用軸受の外方部材の側面図と荷重検出用の信号処理ユニットとを組み合わせた図である。
同電動車両におけるセンサユニットの拡大平面図である。
同センサユニットの断面図である。
この発明の第1実施形態を図1ないし図8と共に説明する。この電気自動車は、車体1の左右の後輪となる車輪2が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪3が従動輪の操舵輪とされた4輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪2,3は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受4,5を介して車体1に支持されている。車輪用軸受4,5は、図1ではハブベアリングの略称「H/B」を付してある。駆動輪となる左右の車輪2,2は、それぞれ独立の走行用のモータ6,6により駆動される。モータ6の回転は、減速7および車輪用軸受4を介して車輪2に伝達される。これらモータ6、減速機7、および車輪用軸受4は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置8を構成しており、インホイールモータ駆動装置8は、一部または全体が車輪2内に配置される。インホイールモータ駆動装置8は、インホイールモータユニットとも称される。モータ6は、減速機7を介さずに直接に車輪2を回転駆動するものであっても良い。各車輪2,3には、電動式等のブレーキ9,10が設けられている。
左右の前輪となる操舵輪である車輪3,3は、転舵機構11を介して転舵可能であり、操舵機構12により操舵される。転舵機構11は、タイロッド11aを左右移動させることで、車輪用軸受5を保持した左右のナックルアーム11bの角度を変える機構であり、操舵機構12の指令によりEPS(電動パワーステアリング)モータ13を駆動させ、回転・直線運動変換機構(図示せず)を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ15で検出し、このセンサ出力はECU21に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。
制御系を説明する。自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるECU21と、このECU21の指令に従って走行用のモータ6の制御を行うインバータ装置22と、ブレーキコントローラ23とが、車体1に搭載されている。ECU21は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。この実施形態の電動車両制御装置20は、主に、前記ECU21とインバータ装置22とで構成される。
ECU21は、トルク指令手段34と一般制御部21bとを有している。トルク指令手段34は、アクセル操作部16の出力する加速指令と、ブレーキ操作部17の出力する減速指令と、操舵角センサ15の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ6,6に与える加速・減速指令を生成し、インバータ装置22へ出力する。トルク指令手段34は、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪2,3の車輪用軸受4,5に設けられた回転センサ24から得られるタイヤ速度の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部16は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ16aとでなる。ブレーキ操作部17は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ17aとでなる。
ECU21の一般制御部21bは、前記ブレーキ操作部17の出力する減速指令をブレーキコントローラ23へ出力する機能、各種の補機システム25を制御する機能、コンソールの操作パネル26からの入力指令を処理する機能、表示手段27に表示を行う機能などを有する。前記補機システム25は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、GPS、エアバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。
ブレーキコントローラ23は、ECU21から出力される減速指令に従って、各車輪2,3のブレーキ9,10に制動指令を与える手段である。ECU21から出力される制動指令には、ブレーキ操作部17の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ECU21の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ23は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。ブレーキコントローラ23は、電子回路やマイコン等により構成される。
インバータ装置22は、各モータ6に対して設けられたパワー回路部28と、このパワー回路部28を制御するモータコントロール部29とで構成される。モータコントロール部29は、各パワー回路部28に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部28を、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントロール部29は、このモータコントロール部29が持つインホイールモータ駆動装置8に関する各検出値や制御値等の各情報(「IWMシステム情報」と称す)をECUに出力する機能を有する。
図2は、インバータ装置22の概念構成を示すブロック図である。パワー回路部28は、バッテリ19の直流電力をモータ6の駆動に用いる3相の交流電力に変換するインバータ31と、このインバータ31を制御するPWMドライバ32とで構成される。モータ6は3相の埋め込み磁石型同期モータ等からなる。インバータ31は、複数の半導体スイッチング素子(図示せず)で構成され、PWMドライバ32は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
モータコントロール部29は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成され、その基本となる制御部としてモータ制御部33を有している。モータ制御部33は、上位制御手段であるECU21のトルク指令手段34から与えられるトルク指令による加速・減速指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部28のPWMドライバ32に電流指令を与える手段である。モータ制御部33は、インバータ31からモータ6に流すモータ電流値を電流検出手段35から得て、電流フィードバック制御を行う。また、モータ制御部33は、モータ6のロータの回転角を角度センサ36から得て、ロータ回転角に応じた制御をベクトル制御等で行う。
この実施形態では、上記構成のモータコントロール部29に、次の角加速度監視手段37、スリップ対応制御手段38、および報告手段42を設けている。また、モータ6で駆動される車輪2の角加速度を検出する角加速度検出手段39と、登坂角度検出手段41とが設けられている。
角加速度検出手段39は、例えば、前記回転センサ24から得られるタイヤ回転速度の検出値を微分して角加速度を検出する手段等からなり、モータコントロール部29の一部として設けられていても、またモータコントロール部29とは独立したセンサとして設けられていても良い。登坂角度検出手段41は、例えば、車両の車体1の姿勢を検出するジャイロ等からなり、車体1の適宜の箇所に搭載されている。登坂角度検出手段41は、車体1の姿勢を検出するものに限らず、駆動系の監視等によって登坂角度を検出するものであっても良い。
角加速度監視手段37は、車両の車輪2を駆動する全モータ6の駆動トルクの総和である総駆動トルクをTt、車両質量をm、タイヤ半径をr、モータ6と車輪2間に挿入される減速機7の減速比をR、登坂角度検出手段41で検出された車両登坂角度をaとした場合に、車輪2の前記角加速度検出手段39で検出される角加速度が、次式(2) 、
W=k2×R×Tt/m/r2 +mg×sin(a)/m/r ……(2)
ただし、k2は定数(1~2内の任意の値)、gは重力の加速度、
で計算される許容角加速度W(rad/s2)以下であるか否かを監視する手段である。前記車両登坂角度aは、下り坂の場合は負の値とする。
各量の単位は、Tt(Nm)、m(m)、r(w)、a(rad)、W(rad/s2 )、である(以下、同様)。
なお、角加速度監視手段37は、平地走行の場合は、上記の式(2) における右辺の「sin(a)/m/r」の項が零になるため、結果的に、
次式(1) 、
W=k1×R×Tt/m/r2 ……(1)
ただし、k1は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視することになる。
W=k2×R×Tt/m/r2 +mg×sin(a)/m/r ……(2)
ただし、k2は定数(1~2内の任意の値)、gは重力の加速度、
で計算される許容角加速度W(rad/s2)以下であるか否かを監視する手段である。前記車両登坂角度aは、下り坂の場合は負の値とする。
各量の単位は、Tt(Nm)、m(m)、r(w)、a(rad)、W(rad/s2 )、である(以下、同様)。
なお、角加速度監視手段37は、平地走行の場合は、上記の式(2) における右辺の「sin(a)/m/r」の項が零になるため、結果的に、
次式(1) 、
W=k1×R×Tt/m/r2 ……(1)
ただし、k1は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視することになる。
角加速度監視手段37において、総駆動トルクTtの値は、インバータ装置22におけるモータ制御部33で、電流計35の電流検出値等から認識している現在のモータ駆動トルクの値を、車両の全てのモータ6のインバータ装置22から得て加算することで求める。総駆動トルクTtの値は、ECU21で各インバータ装置22のモータ制御部33より得た値を加算し、各インバータ装置22の角加速度監視手段37へ与えるようにしても良い。
スリップ対応制御手段38は、角加速度監視手段37が許容角加速度Wを超えていると判定したときに、モータ制御部33にモータの駆動トルクを減少させる手段である。スリップ対応制御手段38によりどのように駆動トルクを減少させるかは、任意に定められた規則式に従って行うようにすれば良く、例えば、図5(A)に示すように、許容角加速度Wを超えていると判定された時点t1から、次第に駆動トルクを減少させるようにしても良く、同図(B)に示すように、許容角加速度Wを超えていると判定された時点t1で設定割合まで駆動トルクを減少させるようにしても良い。駆動トルクの減少の程度は、試験やシミュレーション等により適切な値を見出して適宜設定すれば良い。また、スリップ対応制御手段38は、角加速度監視手段37が許容角加速度W内に戻ったことを検出したときは、駆動トルクを減少させる制御を解除する。
図2の報告手段42は、角加速度監視手段37が許容角加速度Wを超えているとの判定結果、およびスリップ対応制御手段38で駆動トルクを減少させる制御を行った内容の情報を、ECU21に報告する。ECU21は、その報告を受けて、例えばトルク指令手段34等により、車両全体の統合制御を行う。また、ECU21は、報告手段42の報告を受けて運転席の表示装置27の画面に、スリップが生じている旨や、スリップに対応してトルク減少させている旨等の表示を行うようにしても良い。
上記構成によるスリップ検出およびスリップ対応処置等につき、図3(A),(B)、図4(A),(B)を参照して説明する。車輪2の、風圧等の外力等を考慮しない理論上の角加速度wは、次のように、モータ6の総駆動トルクTt、車両質量m、タイヤ半径r、減速比Rによって定まる。したがって、検出された車輪2の角加速度が前記理論上の角加速度wを超えていると、車輪2にスリップが生じていると推定される。
すなわち、図3(A)に示すように、減速機7の出力トルクは、(モータの総駆動トルクTt)×(減速比R)であり、Tt×Rである。平地走行の場合、タイヤの接地点に生じる推進力Fは、減速機出力トルクTt×Rをタイヤ半径rで除した値であり、Tt×R×1/rである。理論上の加速度αは、F=mαの関係から、α=F/mであり、Tt×R×1/r×1/mである。角加速度に換算すると、理論上の角加速度wは、加速度αをタイヤ半径rで除して、Tt×R×1/r×1/m×1/rであり、整理すると、R×Tt/m/r2 である。この理論上の加速度wに、風圧等による外力、駆動伝達系の損失の影響の考慮や、ある程度のスリップを許容するための係数k1を乗算すると、上記の(1) の右辺となる。この(1) 式の右辺は、(2) 式の右辺の第1項である(ただし、(2) 式では係数k2)。
図4(B)に示すように、坂道を走行する間は、路面傾斜角度a(rad)によって生じる車両質量mによる力「mg× sin(a)」が前記推進力F(N)に加わる。この加わった力による加速度成分は、(2) 式の右辺第2項であり、「mg× sin(a)/m/r」となる。
したがって、坂道を走行するときは、(2) 式、
W=k2×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r ……(2)
によって定まる許容角加速度Wを超える角加速度が検出された場合、スリップを生じていると推定できる。
なお、平地を走行する場合は、車両登坂角度aによって影響する加速度成分である「mg× sin(a)/m/r」の値が零となるため、(2) 式を用いることで、平地、坂道を問わず、スリップの推定が行える。
したがって、坂道を走行するときは、(2) 式、
W=k2×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r ……(2)
によって定まる許容角加速度Wを超える角加速度が検出された場合、スリップを生じていると推定できる。
なお、平地を走行する場合は、車両登坂角度aによって影響する加速度成分である「mg× sin(a)/m/r」の値が零となるため、(2) 式を用いることで、平地、坂道を問わず、スリップの推定が行える。
角加速度監視手段37は、角加速度検出手段39で検出される角加速度が、上記のように求まる理論上の加速度wに、ある程度のスリップを許容するため等の係数k2を乗じた値である許容角加速度W内以下であるか否かを常時監視する。許容角加速度Wを超えていると判定されると、スリップ対応制御手段38は、モータ制御部33にモータ6の駆動トルクを減少させる。このようにスリップ発生時に駆動トルク6を減少させることで、スリップ発生による異常トルクの増大を防止でき、安定した走行が行える。前記係数k1,k2は、1とすると僅かなスリップでもトルク低減させることになるため、1以上であることが必要であるが、2以上と大きくし過ぎるとスリップ防止や異常トルク増大の防止の実効が得られなくなるため、試験やシミュレーション等に基づき、1~2の範囲で適宜の値に定めるのが良い。
この構成によると、上記のようにして、平地、坂道を問わず、角加速度監視手段37による適切なスリップ判断が行えて、スリップ発生による異常トルクの増大防止のためのトルク減少が行える。また、登坂角度検出手段41で実際の登坂角度aを検出して制御するため、登坂角度aに応じたスリップ判断を精度良く行うことができる。
なお、上記実施形態では、登坂角度検出手段41により登坂角度aを検出して制御するようにしたが、登坂角度検出手段41を用いず、登坂角度の影響を考慮する車両仕様として設定された最大の車両登坂角度aを用いても良い。すなわち、角加速度監視手段37は、車両につき仕様として設定された最大の車両登坂角度をa1とした場合に、前記車輪2の前記角加速度検出手段39で検出される角加速度が、次式(3) 、
W=k3×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r ……(3)
ただし、k3は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視するようにしても良い。
W=k3×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r ……(3)
ただし、k3は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視するようにしても良い。
この構成の場合も、車両登坂角度aによって影響する加速度成分である「mg× sin(a)/m/r」の値を、平地走行の場合の加速度成分に加えて許容角加速度Wの値を定め、監視する。この場合、車両につき仕様として設定された最大の車両登坂角度aを見込んで許容角加速度Wを定める。そのため、上り坂において、スリップ判断につき誤判断することが回避され、誤ってトルク減少させることが回避される。また、この構成の場合、仕様として設定された最大の車両登坂角度aを判断に用いるため、登坂角度検出手段41を設けることが不要であり、構成が簡素となる。
また、上記各実施形態では、モータ6の実際に動作しているときの駆動トルクをスリップ判定に用いるようにしたが、モータ6の最大トルクを用いても良い。この場合に、車両登坂角度につき、検出値を用いても、また車両につき仕様として設定された最大の車両登坂角度を用いても良い。すなわち、平地走行の場合、角加速度監視手段37は、車両の車輪2を駆動する全モータ6の最大トルクの総和である総最大トルクをTmaxtとした場合に、前記車輪2の前記角加速度検出手段で検出される角加速度が、次式(4) 、
W=k4×R×Tmaxt/m/r2 ……(4)
ただし、k4は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視するものとしても良い。
W=k4×R×Tmaxt/m/r2 ……(4)
ただし、k4は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視するものとしても良い。
坂道走行では、角加速度監視手段37は、前記車輪2の角加速度検出手段39で検出される角加速度が、次式(5) 、
W=k5×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r …(5)
ただし、k5は定数(1~2内の任意の値)、gは重力の加速度、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視するものとしても良い。この場合の角度aは、登坂角度検出手段41で検出された車両登坂角度である。
W=k5×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r …(5)
ただし、k5は定数(1~2内の任意の値)、gは重力の加速度、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視するものとしても良い。この場合の角度aは、登坂角度検出手段41で検出された車両登坂角度である。
また、角加速度監視手段37は、仕様として設定された最大の車両登坂角度をa1とした場合に、前記車輪2の前記角加速度検出手段39で検出される角加速度が、次式(6) 、
W=k6×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r …(6)
ただし、k6は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視するものとしても良い。
W=k6×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r …(6)
ただし、k6は定数(1~2内の任意の値)、
で計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視するものとしても良い。
上記のように、全モータ6のトルクの総和を求めるにつき、モータ6の最大トルクを用いる場合は、実際の駆動トルクで計算する場合よりも、許容角加速度Wが大きく見積もられることになり、スリップ防止や異常トルク増大の防止のためのトルク減少を行い過ぎることが回避される。
次に、図6~図8と共に、前記インホイールモータ駆動装置8の具体例を示す。このインホイールモータ駆動装置8は、車輪用軸受4とモータ6との間に減速機7を介在させ、車輪用軸受4で支持される駆動輪である車輪2のハブとモータ6の回転出力軸74とを同軸心上で連結してある。減速機7は、サイクロイド減速機であって、モータ6の回転出力軸74に同軸に連結される回転入力軸82に偏心部82a,82bを形成し、偏心部82a,82bにそれぞれ軸受85を介して曲線板84a,84bを装着し、曲線板84a,84bの偏心運動を車輪用軸受4へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。
車輪用軸受4は、内周に複列の転走面53を形成した外方部材51と、これら各転走面53に対向する転走面54を外周に形成した内方部材52と、これら外方部材51および内方部材52の転走面53,54間に介在した複列の転動体55とで構成される。内方部材52は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受4は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体55はボールからなり、各列毎に保持器56で保持されている。上記転走面53,54は断面円弧状であり、各転走面53,54は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材51と内方部材52との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材57でシールされている。
外方部材51は静止側軌道輪となるものであって、減速機7のアウトボード側のハウジング83bに取り付けるフランジ51aを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ51aには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔64が設けられている。また、ハウジング83bには,ボルト挿通孔64に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔94が設けられている。ボルト挿通孔94に挿通した取付ボルト65をボルト螺着孔94に螺着させることにより、外方部材51がハウジング83bに取り付けられる。
内方部材52は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ59aを有するアウトボード側材59と、このアウトボード側材59の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材59に一体化されたインボード側材60とでなる。これらアウトボード側材59およびインボード側材60に、前記各列の転走面54が形成されている。インボード側材60の中心には貫通孔61が設けられている。ハブフランジ59aには、周方向複数箇所にハブボルト66の圧入孔67が設けられている。アウトボード側材59のハブフランジ59aの根元部付近には、駆動輪および制動部品(図示せず)を案内する円筒状のパイロット部63がアウトボード側に突出している。このパイロット部63の内周には、前記貫通孔61のアウトボード側端を塞ぐキャップ68が取り付けられている。
減速機7は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図7のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された2枚の曲線板84a,84bが、それぞれ軸受85を介して回転入力軸82の各偏心部82a,82bに装着してある。これら各曲線板84a,84bの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン86を、それぞれハウジング83bに差し渡して設け、内方部材2のインボード側材60に取り付けた複数の内ピン88を、各曲線板84a,84bの内部に設けられた複数の円形の貫通孔89に挿入状態に係合させてある。回転入力軸82は、モータ6の回転出力軸74とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸82はインボード側のハウジング83aと内方部材52のインボード側材60の内径面とに2つの軸受90で両持ち支持されている。
モータ6の回転出力軸74が回転すると、これと一体回転する回転入力軸82に取り付けられた各曲線板84a,84bが偏心運動を行う。この各曲線板84a,84bの偏心運動が、内ピン88と貫通孔89との係合によって、内方部材52に回転運動として伝達される。回転出力軸74の回転に対して内方部材52の回転は減速されたものとなる。例えば、1段のサイクロイド減速機で10以上の減速比を得ることができる。
前記2枚の曲線板84a,84bは、互いに偏心運動が打ち消されるように180°位相をずらして回転入力軸82の各偏心部82a,82bに装着され、各偏心部82a,82bの両側には、各曲線板84a,84bの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部82a,82bの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト91が装着されている。
図8に拡大して示すように、前記各外ピン86と内ピン88には軸受92,93が装着され、これらの軸受92,93の外輪92a,93aが、それぞれ各曲線板84a,84bの外周と各貫通孔89の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン86と各曲線板84a,84bの外周との接触抵抗、および内ピン88と各貫通孔89の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板84a,84bの偏心運動をスムーズに内方部材52に回転運動として伝達することができる。
図6において、モータ6は、円筒状のモータハウジング72に固定したモータステータ73と、回転出力軸74に取り付けたモータロータ75との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のIPMモータである。回転出力軸74は、減速機7のインボード側のハウジング83aの筒部に2つの軸受76で片持ち支持されている。
モータステータ73は、軟質磁性体からなるステータコア部77とコイル78とでなる。ステータコア部77は、その外周面がモータハウジング72の内周面に嵌合して、モータハウジング72に保持されている。モータロータ75は、モータステータ73と同心に回転出力軸74に外嵌するロータコア部79と、このロータコア部79に内蔵される複数の永久磁石80とでなる。
モータ6には、モータステータ73とモータロータ75の間の相対回転角度を検出する複数(ここでは2つ)の角度センサ36A,36Bが設けられる。これら角度センサ36A,36Bは、図1,図2における角度センサ36である。各角度センサ36A,36Bは、モータステータ73とモータロータ75の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体70と、この角度センサ本体70の出力する信号から角度を演算する角度演算回路71とを有する。角度センサ本体70は、回転出力軸74の外周面に設けられる被検出部70aと、モータハウジング72に設けられ前記被検出部70aに例えば径方向に対向して近接配置される検出部70bとでなる。被検出部70aと検出部70bは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。ここでは、各角度センサ36A,36Bとして、互いに種類の異なるものが用いられている。
すなわち、例えば一方の角度センサ36Aとして、その角度センサ本体70の被検出部70aが磁気エンコーダからなるものが用いられ、他方の角度センサ36Bとしてレゾルバが用いられる。モータ6の回転制御は上記モータコントロール部29(図1,2)により行われる。このモータ6では、その効率を最大にするため、角度センサ36A,36Bの検出するモータステータ73とモータロータ75の間の相対回転角度に基づき、モータステータ73のコイル78へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントロール部29のモータ制御部33によってコントロールするようにされている。
なお、前記実施形態では、角加速度監視手段37およびスリップ対応制御手段38をインバータ装置22に設けたが、これらの手段37,38は、ECU21に設けても良い。
この発明の第2実施形態を図9ないし図15と共に説明する。これらの図面において、第1実施形態を示す図1~図8と同一または相当する部分には同一の符号を付してその詳しい説明は省略する。第2実施形態を示す図9では、図1のECU21内のトルク指令手段34を、トルク配分手段48を有する駆動制御部21aとしており、図2の登坂角度検出手段41を削除した点でのみ図1と相違し、その他の構成は両者で共通する。
図9に示すように、ECU21は、機能別に大別すると駆動に関する制御を行う駆動制御部21aと、その他の制御を行う一般制御部21bとに分けられる。駆動制御部21aは、トルク配分手段48を有していて、トルク配分手段48は、前記第1実施形態におけるトルク指令手段34と同様、アクセル操作部16の出力する加速指令と、ブレーキ操作部17の出力する減速指令と、操舵角センサ15の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ6,6に与える加速・減速指令をトルク指令値として生成し、インバータ装置22へ出力する。前記アクセル操作部16およびブレーキ操作部17が加減速の操作手段38(図11)となる。図9において、トルク配分手段48は、ブレーキ操作部17の出力する減速指令があったときに、モータ6を回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値と、機械式のブレーキ9,10を動作させる制動トルク指令値とに配分する機能を持つ。回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値は、前記左右輪の走行用モータ6,6に与える加速・減速指令をトルク指令値に反映させる。機械式のブレーキ9,10を動作させる制動トルク指令値は、ブレーキコントローラ23へ出力する。トルク配分手段48は、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪2,3の車輪用軸受4,5に設けられた回転センサ24,24Aから得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。
この第2実施形態においても、第1実施形態と同様、モータコントロール部29は、各パワー回路部28に対して別々に設けられ、これらパワー回路部28とモータコントロール部29とでなるインバータ装置22と、その制御対象のモータ6を含むインホイールモータ駆動装置8とで、前述のようにインホイールモータユニット30が構成される。
図10は、インホイールモータユニット30の概念構成を示すブロック図である。インバータ装置22のパワー回路部28は、バッテリ19の直流電力をモータ6の駆動に用いる3相の交流電力に変換するインバータ31と、このインバータ31を制御するPWMドライバ32とで構成される。モータ6は3相の同期モータ、例えばIPM型(埋込磁石型)同期モータ等からなる。インバータ31は、複数の半導体スイッチング素子(図示せず)で構成され、PWMドライバ32は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。
モータコントロール部29は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成される。モータコントロール部29は、上位制御手段であるECU21から与えられる加速・減速指令となるトルク指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部28のPWMドライバ32に電流指令を与える。また、モータコントロール部29は、インバータ31からモータ6に流すモータ電流値を電流センサ35から得て、電流フィードバック制御を行う。この電流制御では、モータ6のロータの回転角を角度センサ36から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。
この第2実施形態は、図11に示すように、インバータ装置22のモータコントロール部29におけるモータコントロール主部37の上位に、次のスリップ対応制御手段38を設けている。また、車輪の角加速度を検出する角加速度検出手段39を設けている。モータコントロール主部37は、上記のECU21から与えられるトルク指令に従い、パワー回路部28へ与える電流指令を、ベクトル制御等の回転角に応じた制御で行う手段である。角加速度検出手段39は、モータ6のロータの角加速度を検出し、車輪の角加速度に換算して出力する。角加速度検出手段39は、例えばレゾルバとその検出信号を処理する手段とでなるが、前記角度センサ36を車輪の角加速度の検出用の角加速度検出手段39として用いても良い。なお、上記のスリップ対応制御手段38は、個々の車輪のモータ6に対するインバータ装置22に、互いに独立して制御可能に設けられる。
スリップ対応制御手段38は、上限値計算部42と、角速度変化判断部43と、加算部44とで構成される。上限値計算部42は、角加速度検出手段39で検出された角加速度の上限値を、車両重量と出力トルクとの関数として計算し、計算結果となる上限値を閾値として設定する手段である。出力トルクの値は、インバータ装置22におけるモータコントロール部29で、電流計の電流検出値等から認識している現在のモータ駆動トルクの値を使用する。
角速度変化判断部43は、上限値計算部42で計算された上限値を、角加速度検出手段39で検出された角加速度が超えたか否かを判定し、超えた場合に、上位のECU21からのトルク指令値を低減させるトルク補正値を出力する手段である。加算部44は、ECU21からのトルク指令値に、角速度変化判断部43が出力したトルク補正値を加算する手段である。
スリップ対応制御手段38の上限値計算部42は、車両重量を固定値として、検出値としては出力トルクのみを用いて角加速度の上限値を決定し設定するものであっても良く、また車両の2つの前輪3および2つの後輪2(図9)のそれぞれの車輪用軸受4,5に荷重センサ46(図11)を設け、各荷重センサ46によりリアルタイムにより車両重量を測定してその測定された車両重量を用いて前記上限値を決定し設定するものであっても良い。
スリップ対応制御手段38における角加速度判断部43は、車輪の角加速度が前記上限値を超えた程度に応じて、出力するトルク補正値であるトルクの低減量を変化させるものとしている。前記上限値を超えた程度に応じたトルクの低減量は、比例的、つまり直線的に変化させるようにしても、また定められた曲線に応じて、あるいは段階的に変化させるようにしても良い。なお、角加速度判断部43は、出力するトルク補正値を一定としても良い。
上記構成によるスリップ対応制御の方法を説明する。駆動輪となる各車輪の角速度の変化、すなわち角加速度検出手段39から出力される角速度の変化を、角加速度判定部43で監視する。角加速度判定部43により、角速度の変化が、上限値計算部42で車両重量とトルクから後述のように換算される上限値である閾値(Δω0 )よりも大きい場合には、タイヤがスリップしていると判断し、トルク補正値を出力し、加算部44によってトルク指令値に加算する。この場合に、角加速度判定部43は、トルク指令値+トルク補正値の値が徐々に小さくなるようにトルク補正値を出力する。図12は、そのトルク補正値の変化例を示す。
角加速度判定部43は、上記のようにタイヤがスリップしていると判断して補正値を出力した後、タイヤがスリップしていないと判断した場合、つまり角速度の変化が上限値である閾値(Δω0 )以下になったと判断した場合には、加算するトルク補正値を小さくして行き、トルク指令値+トルク補正値がトルク指令値と同じになるように、すなわちトルク指令値が徐々に低下して零となるように動作する。
次に、スリップ判断の閾値(Δω0 )を車両重量と出力トルクとの関数とすることの適切性を、計算式と共に説明する。ここで、
車両満載時質量:W(kg)、
車軸トルク:T (Nm) 、
モータトルク:TO (Nm)、
タイヤ有効半径:r(m) 、
タイヤ角速度:ω(rad/s) 、
モータ角速度:ω0(rad/s)、
タイヤ接地部の推力:F (N)、
車両加速度:α(m/s2)、
車両速度:V(m/s) 、
重力加速度:g (m/s2) 、
減速比:R、
とする。
車両満載時質量:W(kg)、
車軸トルク:T (Nm) 、
モータトルク:TO (Nm)、
タイヤ有効半径:r(m) 、
タイヤ角速度:ω(rad/s) 、
モータ角速度:ω0(rad/s)、
タイヤ接地部の推力:F (N)、
車両加速度:α(m/s2)、
車両速度:V(m/s) 、
重力加速度:g (m/s2) 、
減速比:R、
とする。
車両の運動則は、次の通りである。
F=T/r=R*TO /r=W*g*α (11)
V=r*ω=α*t (12)
ω=ω0/R (13)
(12)、(13)式より
α=r*ω0/(R*t) (14)
(11)、(14)式より
ω0=R2*T0*W*g*t/r2 (15)
(15)式より、モータ角加速度は
ω0’=R2*T0*W*g/r2 [rad/s2] (16)
(16)式より、実モータの角加速度Δω0は
Δω0<R2*T0*W*g/r2 (17)
となるはずである。
(Δω0:車両重量とトルクから換算できる最大の角速度変化)
F=T/r=R*TO /r=W*g*α (11)
V=r*ω=α*t (12)
ω=ω0/R (13)
(12)、(13)式より
α=r*ω0/(R*t) (14)
(11)、(14)式より
ω0=R2*T0*W*g*t/r2 (15)
(15)式より、モータ角加速度は
ω0’=R2*T0*W*g/r2 [rad/s2] (16)
(16)式より、実モータの角加速度Δω0は
Δω0<R2*T0*W*g/r2 (17)
となるはずである。
(Δω0:車両重量とトルクから換算できる最大の角速度変化)
モータ回転角の検出手段であるレゾルバのモータ1回転あたりの分割数は、 レゾルバ
の分解能×極対数 とすると、ビット換算した回転角速度変化は、
Δωr=レゾルバの分解能×R2*T0*W*g/r2
Δωr∝K*T0*W(K=レゾルバの分解能×R2*g/r2)(18)
(18)式よりωr∝K*T0
片輪あたりのトルク出力は、T0=2*T1(T1:片輪のトルク)なので
ωr∝K*T1
の分解能×極対数 とすると、ビット換算した回転角速度変化は、
Δωr=レゾルバの分解能×R2*T0*W*g/r2
Δωr∝K*T0*W(K=レゾルバの分解能×R2*g/r2)(18)
(18)式よりωr∝K*T0
片輪あたりのトルク出力は、T0=2*T1(T1:片輪のトルク)なので
ωr∝K*T1
モータトルクT1に対して、K*T1以上のビット換算した回転角速度変化が検出された場合にはスリップと判断でき、角速度変化判断部43はモータトルクを低減させるトルク補正値を出力する。また上式より、この角速度変化の上限値は、車両の重量の関数であることがわかる。よって、車両の4輪の車軸荷重をリアルタイムで測定し、総和を常識のWとすれば、最適制御が行える。
上記構成の電動車両制御装置によると、このようにして適切なスリップ防止が行えて、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができる。
モータ6には、モータステータ73とモータロータ75の間の相対回転角度を検出する角度センサ36が設けられる。角度センサ36は、モータステータ73とモータロータ75の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体70と、この角度センサ本体70の出力する信号から角度を演算する角度演算回路71とを有する。角度センサ本体70は、回転出力軸74の外周面に設けられる被検出部70aと、モータハウジング72に設けられ前記被検出部70aに例えば径方向に対向して近接配置される検出部70bとでなる。被検出部70aと検出部70bは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。ここでは、各角度センサ36として、磁気エンコーダまたはレゾルバが用いられる。モータ6の回転制御は上記モータコントロール部29(図9,10)により行われる。このモータ6では、その効率を最大にするため、角度センサ42の検出するモータステータ73とモータロータ75の間の相対回転角度に基づき、モータステータ73のコイル78へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントロール部29のモータ制御部33によってコントロールするようにされている。なお、インホイールモータ駆動装置8のモータ電流の配線や各種センサ系,指令系の配線は、モータハウジング72等に設けられたコネクタ99により纏めて行われる。
図10に示す前記荷重センサ46は、例えば図13に示す複数のセンサユニット120と、これらセンサユニット120の出力信号を処理する信号処理ユニット130とで構成される。センサユニット120は、車輪用軸受4における静止側軌道輪である外方部材51の外径面の4か所に設けられる。図13は、外方部材1をアウトボード側から見た正面図を示す。ここでは、これらのセンサユニット120が、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材51における外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。信号処理ユニット130は、外方部材51に設けられていても良く、インバータ装置22のモータコントロール部29に設けられていても良い。
信号処理ユニット130は、上記4箇所のセンサユニット120の出力を比較し、定められた演算式に従って、車輪用軸受4に作用する各荷重、具体的には、車輪2の路面・タイヤ間で作用荷重となる垂直方向荷重Fz 、駆動力や制動力となる車両進行方向荷重Fx 、および軸方向荷重Fy を演算し、出力する。前記センサユニット120を4つ設け、各センサユニット120を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材51の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向90度の位相差で等配しているので、車輪用軸受4に作用する垂直方向荷重Fz 、車両進行方向荷重Fx 、軸方向荷重Fy を精度良く推定することができる。垂直方向荷重Fz は、上下2つのセンサユニット120の出力を比較することで得られ、車両進行方向荷重Fx は、前後2つのセンサユニット120の出力を比較することで得られる。軸方向荷重Fy は、4つのセンサユニット120の出力を比較することで得られる。信号処理ユニット130による上記各荷重Fx ,Fy ,Fz の演算は、試験やシミュレーションで求められた値を基に、演算式やパラメータを設定しておくことで、精度良く行うことができる。なお、より具体的には、上記の演算には各種の補正を行うが、補正については説明を省略する。
上記各センサユニット120は、例えば、図14および図15に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材121と、この歪み発生部材121に取り付けられて歪み発生部材121の歪みを検出する歪みセンサ122とでなる。歪み発生部材121は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の厚さ3mm以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部121bを有する。また、歪み発生部材121は、外輪1の外径面にスペーサ123を介して接触固定される2つの接触固定部121aを両端部に有する。歪みセンサ122は、歪み発生部材121における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材121の外面側で両側辺部の切欠き部121bで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ122は切欠き部121bの周辺の周方向の歪みを検出する。
前記センサユニット120は、その歪み発生部材121の2つの接触固定部121aが、外輪1の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部121aが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部121aがそれぞれスペーサ123を介してボルト124により外輪1の外径面に固定される。前記各ボルト124は、それぞれ接触固定部121aに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔125からスペーサ123のボルト挿通孔126に挿通し、外方部材51の外周部に設けられたねじ孔127に螺合させる。このように、スペーサ123を介して外方部材51の外径面に接触固定部121aを固定することにより、薄板状である歪み発生部材121における切欠き部121bを有する中央部位が外輪1の外径面から離れた状態となり、切欠き部121bの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部121aが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材51のアウトボード側列の転走面53の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面53の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面53の中間位置からアウトボード側列の転走面53の形成部までの範囲である。外方部材51の外径面における前記スペーサ123が接触固定される箇所には平坦部1bが形成される。
歪みセンサ122としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ122を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材121に対しては接着による固定が行われる。また、歪みセンサ122を歪み発生部材121上に厚膜抵抗体にて形成することができる。
なお、上記第2実施形態では、図9,10に示すように、モータコントロール部29をインバータ装置22に設けたが、モータコントロール部29はメインのECU21に設けても良い。また、ECU21とインバータ装置22とは、この実施形態では分けて設けているが、一体化した制御装置として設けても良い。また、上記実施形態は、インホイールモータ駆動装置8を備える電動車両に適用した場合につき説明したが、この発明は、オンボード形式のモータで左右の車輪を独立して駆動する電動車両や、1台のモータで左右の車輪を駆動する電動車両にも適用することができる。
以上説明した各実施形態には、式(1)~(6)を前提としない次の応用態様1~7が含まれる。
[態様1]
態様1にかかる電動車両制御装置は、加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置を備えた電動車両制御装置であって、
前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段を設け、前記モータ制御装置に、前記回転検出手段で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段を設けている。
[態様2]
態様1において、前記スリップ対応制御手段は、車両重量を固定値とし、出力トルクのみによって角加速度の上限値を決定し設定する。
[態様3]
態様1において、車両の2つの前輪および2つの後輪のそれぞれの車輪用軸受に荷重センサを設け、前記スリップ対応制御手段は、前記各荷重センサによりリアルタイムで車両重量を測定し、この測定された車両重量を用いて前記上限値を決定し設定する。
[態様4]
態様1ないし態様3のいずれか一つにおいて、前記スリップ対応制御手段は、車輪の角加速度が前記上限値を超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させる。
[態様5]
態様1ないし態様4のいずれか一つにおいて、2輪以上の車輪を独立して駆動するモータおよび前記モータ制御装置を備えた電動車輪において、前記スリップ対応制御手段を各輪独立して制御可能に設けた。
[態様6]
態様1ないし態様5のいずれか一つに記載の電動車両制御装置を備えた電動車両。
[態様7]
加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御する電動車両のスリップ対応制御方法であって、
前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出し、この検出された角加速度を用いて角加速度の上限値を車両重量のと出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、検出された車輪の角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させる。
[態様1]
態様1にかかる電動車両制御装置は、加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置を備えた電動車両制御装置であって、
前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段を設け、前記モータ制御装置に、前記回転検出手段で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段を設けている。
[態様2]
態様1において、前記スリップ対応制御手段は、車両重量を固定値とし、出力トルクのみによって角加速度の上限値を決定し設定する。
[態様3]
態様1において、車両の2つの前輪および2つの後輪のそれぞれの車輪用軸受に荷重センサを設け、前記スリップ対応制御手段は、前記各荷重センサによりリアルタイムで車両重量を測定し、この測定された車両重量を用いて前記上限値を決定し設定する。
[態様4]
態様1ないし態様3のいずれか一つにおいて、前記スリップ対応制御手段は、車輪の角加速度が前記上限値を超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させる。
[態様5]
態様1ないし態様4のいずれか一つにおいて、2輪以上の車輪を独立して駆動するモータおよび前記モータ制御装置を備えた電動車輪において、前記スリップ対応制御手段を各輪独立して制御可能に設けた。
[態様6]
態様1ないし態様5のいずれか一つに記載の電動車両制御装置を備えた電動車両。
[態様7]
加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御する電動車両のスリップ対応制御方法であって、
前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出し、この検出された角加速度を用いて角加速度の上限値を車両重量のと出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、検出された車輪の角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させる。
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態および応用形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
1…車体
2,3…車輪
4,5…車輪用軸受
6…モータ
7…減速機
8…インホイールモータ駆動装置
9,10…電動式のブレーキ
11…転舵機構
12…操舵機構
20…電動車両制御装置
21…ECU
22…インバータ装置
24…回転センサ
28…パワー回路部
29…モータコントロール部
31…インバータ
32…PWMドライバ
33…モータ制御部
34…トルク指令手段
37…角加速度監視手段
38…スリップ対応制御手段
39…角加速度検出手段
41…登坂角度検出手段
46…荷重センサ
2,3…車輪
4,5…車輪用軸受
6…モータ
7…減速機
8…インホイールモータ駆動装置
9,10…電動式のブレーキ
11…転舵機構
12…操舵機構
20…電動車両制御装置
21…ECU
22…インバータ装置
24…回転センサ
28…パワー回路部
29…モータコントロール部
31…インバータ
32…PWMドライバ
33…モータ制御部
34…トルク指令手段
37…角加速度監視手段
38…スリップ対応制御手段
39…角加速度検出手段
41…登坂角度検出手段
46…荷重センサ
Claims (11)
- トルク指令手段から与えられたトルク指令に応じて、車輪を駆動するモータのトルクを制御するモータ制御部を備えた電動車両制御装置であって、
前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する角加速度検出手段と、
車両の車輪を駆動する全モータの駆動トルクの総和である総駆動トルクをTt、車両質量をm、タイヤ半径をr、モータと車輪間に挿入される減速機の減速比をR、登坂角度検出手段で検出された車両登坂角度をa、車両につき仕様として設定された最大の車両登坂角度をa1とした場合に、いずれかの車輪の前記角加速度検出手段で検出される角加速度が、次式(1)~(6)
(1)W=k1×R×Tt/m/r2
ただし、k1は定数(1~2内の任意の値)、
(2)W=k2×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r
ただし、k2は定数(1~2内の任意の値)、gは重力の加速度、
(3)W=k3×R×Tt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r
ただし、k3は定数(1~2内の任意の値)、
(4)W=k4×R×Tmaxt/m/r2
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k4は定数(1~2内の任意の値)、
(5)W=k5×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a)/m/r
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k5は定数(1~2内の任意の値)、g:重力の加速度、
(6)W=k6×R×Tmaxt/m/r2 +mg× sin(a1)/m/r
ただし、Tmaxtは車両の車輪を駆動する全モータの最大トルクの総和である総最大トルク、k6は定数(1~2内の任意の値)、
のいずれかで計算される許容角加速度W以下であるか否かを監視する角加速度監視手段と、
この角加速度監視手段が許容角加速度Wを超えていると判定したときに、前記モータ制御部にモータの駆動トルクを減少させるスリップ対応制御手段、
とを設けた電動車両制御装置。 - 請求項1において、前記モータは、前記電気自動車の車輪を個別に駆動するモータである電動車両制御装置。
- 請求項2において、前記スリップ対応制御手段は、前記角加速度検出手段で検出される角加速度が前記許容角加速度Wを超えている車輪を駆動するモータのみ、前記モータ制御部にモータの駆動トルクを減少させる電動車両制御装置。
- 請求項2において、前記モータは、一部または全体が車輪内に配置されて前記モータと減速機とを含むインホイールモータ装置を構成する電動車両制御装置。
- 請求項1において、前記電気自動車が前記モータの回転を減速する減速機を備え、この減速機は4以上の高減速比を有するサイロイド減速機である電動車両制御装置。
- 請求項1において、さらに、加減速の操作手段の出力する指令にトルク指令値を出力する角加速度検出手段を設け、前記スリップ対応制御手段は、前記角速度検出手段で検出された角加速度が前記トルク指令値を超えた場合に、前記トルク指令値を低減させる電動車両制御装置。
- 請求項6において、前記スリップ対応制御手段は、車両質量を固定値とし、出力トルクのみによって許容角加速度Wを決定し設定する電動車両制御装置。
- 請求項6において、車両の2つの前輪および2つの後輪のそれぞれの車輪用軸受に荷重センサを設け、前記スリップ対応制御手段は、前記各荷重センサによりリアルタイムで車両質量を測定し、この測定された車両質量を用いて前記許容角加速度Wを決定し設定する電動車両制御装置。
- 請求項6において、前記スリップ対応制御手段は、車輪の角加速度が前記許容角加速度Wを超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させる電動車両制御装置。
- 請求項6において、2輪以上の車輪を独立して駆動するモータおよび前記電動車両制御装置を備え、前記スリップ対応制御手段を各輪独立して制御可能に設けた電動車両制御装置。
- 請求項1に記載の電動車両制御装置を備えた電動車両。
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