WO2013157484A1

WO2013157484A1 - 電気駆動車両

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Publication number: WO2013157484A1
Application number: PCT/JP2013/060971
Authority: WO
Inventors: 啓之小林; 輝菊池; 知彦安田; 佐藤　隆之; 真二郎齋藤
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-04-20
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2013-10-24
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Description

電気駆動車両

　本発明は、電動機によって駆動輪が駆動されることで走行する電気駆動車両に関する。

　電気駆動車両の走行安定性を維持するためには、摩擦特性を精度よく推定し、その摩擦特性に対して適切な車輪のスリップ率になるように、車輪の速度を制御する必要がある。ここで言う摩擦特性とは、駆動輪のスリップ率と車輪－路面間の摩擦係数、もしくはそれに準ずる物理量（例えば、駆動輪の駆動力）との関係を指す。車輪－路面間の摩擦特性を推定し、推定結果を用いて加速走行時には駆動力が最大になるように、減速走行時には制動力が最大になるようにトルク制御する技術として、例えば、特許文献１が公知である。特許文献１は、駆動輪と従動輪の車輪速度検出値から駆動輪のスリップ率を演算し、更に駆動輪の接地荷重と進行方向の駆動輪の駆動力から摩擦係数を演算し、これらを用いてスリップ率に対する摩擦係数の勾配を演算するという技術である。

特開２００９－１１５８号公報

　車体が加速もしくは減速する際に、車体の前後が上下に逆位相で振動するピッチング振動が発生する。一般に、自動車等では、ピッチング振動が駆動力やスリップ率波形に大きく含まれることはないから、ピッチング振動が車輪速度の制御に及ぼす影響はそれほどない。しかしながら、ピッチング振動は車重が大きいほど大きくなるため、ダンプトラックのように車重が数百トンオーダーになると、スリップ率及び駆動力の波形にピッチング振動周波数成分が大きく含まれてしまう。そのため、ピッチング振動周波数成分は、特に車重の大きい作業車両において、スリップ率に対する駆動力の勾配の演算を阻害する要因となる。また、ダンプトラックに代表される作業車両は、車重だけでなく積載量も大きいため、ピッチング振動周波数が積載の有無によって変化する。このように、ピッチング振動周波数成分は、車輪の速度を制御する際に影響を及ぼす場合があるが、特許文献１には、ピッチング振動の影響について何ら言及されていない。

　本発明の目的は、車体のピッチング振動が大きい場合であっても、適切な車輪のスリップ率になるよう車輪の速度を制御できる電気駆動車両を提供することにある。

　上記目的を達成するために、本発明は、電動機と、前記電動機により駆動あるいは制動される駆動輪と、前記駆動輪の回転に従動する従動輪と、前記電動機を制御する電動機制御器と、前記駆動輪及び前記従動輪の車輪速度を検出する速度検出器と、を備えた電気駆動車両において、前記電動機制御器は、前記速度検出器により検出された車輪速度検出値から前記駆動輪のスリップ率を演算するスリップ率演算部と、前記駆動輪のトルク指令を演算するトルク指令演算部と、前記駆動輪の車輪速度検出値と前記駆動輪のトルク指令から前記駆動輪に発生する駆動力を演算する駆動力演算部と、前記スリップ率及び前記駆動力に含まれる車体のピッチング振動周波数成分を低減するフィルタと、を有することを特徴としている。

　本発明によれば、スリップ率及び駆動力に含まれる車体のピッチング振動周波数成分を低減するフィルタを備えているので、車体のピッチング振動が大きい場合であっても、適切な車輪のスリップ率を演算できる。よって、その演算結果を用いれば、適切なスリップ率になるよう車輪の速度を制御することができる。

　また、本発明に係る電気駆動車両は、以下の構成を備えていることが好ましい。

　前記フィルタは、１～３Ｈｚ程度の前記車体のピッチング振動周波数成分を除去するフィルタ特性を有する。一般に、ダンプトラックのような重量の大きな電気駆動車両のピッチング振動周波数は１～３Ｈｚということが知られているが、本構成のようなフィルタ特性とすることで、大型の電気駆動車両に対しても、適切な車輪のスリップ率になるよう車輪の速度を制御できる。

　運搬物の積載量を検出する重量検出器と、前記重量検出器にて検出された積載量の値に基づいて前記車体のピッチング振動周波数成分を演算するフィルタ特性演算部と、を更に備え、前記フィルタは、前記フィルタ特性演算部で演算された前記車体のピッチング振動周波数成分を除去する構成にする。例えばダンプトラックのような作業車両は、運搬物を積載しているときとそうでないときの車両重量は大きく変化するため、車体のピッチング振動周波数の値も大きく変動するが、本構成のように積載量の値に基づいて車体のピッチング振動周波数成分を演算するようにすれば、運搬物の積載量を問わず、適切な車輪のスリップ率になるよう車輪の速度を制御できる。

　この場合、前記フィルタ特性演算部は、前記積載量の値が大きいほど前記車体のピッチング振動周波数が小さくなるように、前記車体のピッチング振動周波数を演算すると、積載量の値に応じて好適なスリップ率になるよう車輪の速度を制御できる。

　また、前記運搬物が積載されているか否かを判断するための閾値を予め定めておき、前記重量検出器にて検出された積載量の値が前記閾値以上の場合には、前記フィルタ特性演算部は第１のピッチング振動周波数を出力し、前記重量検出器にて検出された積載量の値が前記閾値未満の場合には、前記フィルタ特性演算部は第２のピッチング振動周波数を出力する構成にする。この構成によれば、運搬物の有無で出力するピッチング振動周波数を選択できるから、車輪の速度の制御を簡素化できる利点がある。

　前記フィルタにて前記車体のピッチング振動周波数成分が低減された前記スリップ率及び前記駆動力から、前記スリップ率に対する前記駆動力の勾配を演算する駆動力勾配演算部と、前記駆動力勾配演算部で演算した前記スリップ率に対する駆動力の勾配からスリップ判定を行うスリップ判定部と、を更に備えるのが望ましい。

　この場合、前記スリップ判定部は、前記駆動力勾配演算部で前記スリップ率に対する前記駆動力の勾配が加速もしくは減速走行時に最初に正から負になった時に、前記駆動輪がスリップしていると判定すると良い。

　また、前記スリップ判定部は、前記駆動力勾配演算部で前記スリップ率に対する前記駆動力の勾配が、加速もしくは減速走行時に最初に所定の閾値を超えた時に前記駆動輪がスリップしていると判定することもできる。

　そして、前記スリップ判定部がスリップ判定をした場合は、前記スリップ率が前記スリップ判定時の前記スリップ率になるように、前記トルク指令演算部は、前記トルク指令にトルク低減指令を加えるようにする。この構成により、適切なスリップ率で車輪を回転させることができる。

　また、上記目的を達成するために、本発明は、電動機と、前記電動機により駆動あるいは制動される駆動輪と、前記駆動輪の回転に従動する従動輪と、前記電動機を制御する電動機制御器と、前記駆動輪及び前記従動輪の車輪速度を検出する速度検出器と、を備えた電気駆動車両において、前記電動機制御器は、前記速度検出器により検出された車輪速度検出値に含まれる車体のピッチング振動周波数成分を低減するフィルタと、前記フィルタにて前記車体のピッチング振動周波数成分が低減された前記車輪速度検出値から前記駆動輪のスリップ率を演算するスリップ率演算部と、を有することを特徴としている。

　本発明によれば、車輪速度検出値に含まれる車体のピッチング振動周波数成分を低減するフィルタを備えているので、車体のピッチング振動が大きい場合であっても、適切な車輪のスリップ率を演算できる。よって、その演算結果を用いれば、適切なスリップ率になるよう車輪の速度を制御することができる。

　本発明の電気駆動車両によれば、車両のピッチング振動が生じても適切な車輪のスリップ率を演算でき、その演算結果に従って適切な車輪の速度になるよう制御できる。

本発明の第１実施例に係るダンプトラックの側面図である。図１に示すダンプトラックの制御装置の構成図である。図２に示すスリップ率演算器の構成図である。スリップ率と車輪－路面間の摩擦係数の関係図である。スリップ制御を行う時の加速走行時における従動輪及び駆動輪の車輪速度波形である。スリップ制御を行う時の減速走行時における従動輪及び駆動輪の車輪速度波形である。図２に示す駆動力演算器の構成図である。図２に示す駆動力勾配演算器の構成図である。本発明の第１実施例と従来技術の比較（駆動力Ｆ、スリップ率λ、ｄＦ／ｄｔ、ｄλ/ｄｔ、ｄＦ／ｄλ）である。積載量とピッチング振動周波数の関係図である。変形例１に係る駆動力勾配演算器の構成図である。車体のピッチング振動模式図である。変形例２に係る駆動力勾配演算器の構成図である。変形例３に係るスリップ率演算器の構成図である。変形例４に係る駆動力演算器の構成図である。本発明の第２実施例に係るダンプトラックのスリップ率演算器の構成図である。変形例５に係るスリップ率演算器の構成図である。変形例６に係るスリップ率演算器の構成図である。変形例７に係るスリップ率演算器の構成図である。

　以下、本発明に係る電気駆動車両の実施例について図面を用いて説明する。なお、以下の実施例は、本発明をダンプトラックに適用した例である。図１に示すように、第１実施例に係るダンプトラックは、本体を形成するフレームＢと、このフレームＢの前側位置に配置される運転室Ｃと、車輪（従動輪）７，８及び車輪（駆動輪）３，６と、上下方向に回動可能な荷台Ｖと、を備えて構成され、車輪３が駆動輪となって走行する。また、荷台Ｖは、例えば鉱山等で採掘した砕石等の運搬物を積載するためのものである。

　次に、ダンプトラックの駆動系の詳細について、図２を用いて説明する。図２に示すように、ダンプトラックは、電動機１がギア２を介して車輪３を駆動し、電動機４がギア５を介して車輪６を駆動することで車両が前進または後進する。電動機１及び電動機４は、電動機制御器５０によって制御され、電力変換器１３は、電動機１と電動機４を駆動する。電流検出器１４は、電力変換器１３と電動機１の間に接続されており、それらの間に流れる電流を検出する。電流検出器１５は、電力変換器１３と電動機４の間に接続されており、それらの間に流れる電流を検出する。

　速度検出器９は電動機１に接続されており、電動機１の回転速度を検出する。速度検出器１０は電動機４に接続されており、電動機４の回転速度を検出する。速度検出器１１は車輪７の軸に接続されており、車輪７の回転速度を検出する。速度検出器１２は車輪８の軸に接続されており、車輪８の回転速度を検出する。なお、各車輪３，６，７，８の軸には、それぞれ荷重検出器２５，２６，２７，２８が接続されており、各車輪にかかる荷重が検出される。

　アクセル開度検出器２２は、運転者のアクセル操作に応じたアクセルペダルの開度を検出し、ブレーキ開度検出器２３は、運転者のブレーキ操作に応じたブレーキペダルの開度を検出し、ステアリング角度検出器２４は、運転者のステアリング操作に応じたステアリングの角度を検出する。

　トルク指令演算器（トルク指令演算部）２０は、アクセル開度検出器２２の出力するアクセル開度検出値、ブレーキ開度検出器２３の出力するブレーキ開度検出値、及びステアリング角度検出器２４の出力するステアリング角度検出値を入力として、電動機１へのトルク指令及び電動機４へのトルク指令を出力する。

　摩擦特性演算器６５は、路面の摩擦特性を演算するものであって、駆動力演算器（駆動力演算部）１９、駆動力勾配演算器（駆動力勾配演算部）１８、及びスリップ判定器（スリップ判定部）１７を備えている。

　駆動力演算器１９は、トルク指令演算器２０から出力される電動機１へのトルク指令及び電動機４へのトルク指令と、速度検出器９及び１０から出力される駆動輪の車輪速度検出値とを入力として、駆動輪の駆動力を出力する。

　駆動力勾配演算器１８は、駆動力演算器１９が出力する駆動輪の駆動力と、スリップ率演算器２１から出力されるスリップ率と、荷重検出器２５，２６，２７，２８から出力される各輪の荷重検出値を入力として、スリップ率に対する駆動力の勾配を出力する。

　スリップ判定器１７は、駆動力勾配演算器１８が出力するスリップ率に対する駆動力の勾配を入力として、スリップ判定を行い、仮に車輪３と車輪６の何れかまたは両方にスリップが発生していると判定した場合には、トルク指令演算器２０へ電動機１と電動機４の何れかまたは両方のトルクが低減するようにトルク低減指令を出力する。

　トルク制御器１６は、トルク指令演算器２０の出力する電動機１へのトルク指令、電流検出器１４の出力する電流検出値、及び速度検出器９の出力する回転速度検出値から電動機１の出力するトルクが電動機１へのトルク指令に従うように、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により電力変換器１３へのゲートパルス信号を出力する。また、トルク制御器１６は、トルク指令演算器２０の出力する電動機４へのトルク指令、電流検出器１５の出力する電流検出値、及び速度検出器１０の出力する回転速度検出値から電動機４の出力するトルクが電動機４へのトルク指令に従うように、ＰＷＭ制御により電力変換器１３へのゲートパルス信号を出力する。電力変換器１３はこれらのゲートパルス信号を受け、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のスイッチング素子が高速にスイッチングを行うことで、高応答なトルク制御を実現する。

　次にスリップ率演算器（スリップ率演算部）２１の構成について、図３を用いて説明する。図３に示すように、スリップ率演算器２１は、速度検出器９、速度検出器１０、速度検出器１１、速度検出器１２の出力する回転速度検出値を入力として、駆動輪である車輪３及び車輪６のスリップ率を演算する。

　ゲイン２９は、速度検出器９の出力する電動機１の回転速度を入力値として、ギア２のギア比Ｇｒの逆数で与えられるゲインをかけることで車輪３の回転速度検出値を出力する。ゲイン３０は、ゲイン２９の出力する車輪３の回転速度検出値を入力として、車輪３の半径Ｒ_lrをかけることで、車輪３の車輪速度検出値を出力する。ゲイン３１は、速度検出器１１の出力する車輪７の回転速度検出値を入力として、車輪７の半径Ｒ_lfをかけることで、車輪７の車輪速度検出値を出力する。ゲイン３２は、速度検出器１０の出力する電動機４の回転速度検出値を入力として、ギア５のギア比Ｇｒの逆数で与えられるゲインをかけることで車輪６の回転速度検出値を出力する。ゲイン３３は、ゲイン３２の出力する車輪６の回転速度検出値を入力として、車輪６の半径Ｒ_rrをかけることで、車輪６の車輪速度検出値を出力する。ゲイン３４は、速度検出器１２の出力する車輪８の回転速度検出値を入力として、車輪８の半径Ｒ_rfをかけることで、車輪８の車輪速度検出値を出力する。

　加算器３５は、車輪７の車輪速度検出値と車輪８の車輪速度検出値を入力として、それらの和を出力する。加算器３６は、車輪３の車輪速度検出値と車輪６の車輪速度検出値を入力として、それらの和を出力する。ゲイン３７は、加算器３５で出力する車輪７と車輪８の車輪速度検出値の合計値を入力として、ゲイン０．５をかけることで車輪７と車輪８の車輪速度検出値の平均値を出力する。ゲイン３８は、加算器３６で出力する車輪３と車輪６の車輪速度検出値の合計値を入力として、ゲイン０．５をかけることで車輪３と車輪６の車輪速度検出値の平均値を出力する。スリップ率演算器２１は、ゲイン３７の出力する車輪７と車輪８の車輪速度検出値の平均値、及びゲイン３８の出力する車輪３と車輪６の車輪速度検出値の平均値を入力として車輪３及び車輪６のスリップ率を演算する。

　ここで、車輪７及び車輪８は従動輪であることから、車輪７と車輪８の車輪速度検出値の平均値は実際の車両速度を表していると考えられる。減算器３９は、駆動輪の車輪速度検出値と従動輪の車輪速度検出値を入力として、それらの差を出力する。最大値選択器４０は、駆動輪の車輪速度検出値と従動輪の車輪速度検出値を入力とし、値の大きい方を出力する。除算器４１は、減算器３９の出力を最大値選択器４０の出力で割ることでスリップ率を出力する。

　式で表すと次式が成立する。

　λはスリップ率演算器２１の出力する駆動輪のスリップ率、Ｖ_rは駆動輪の車輪速度、Ｖは従動輪の車輪速度をそれぞれ表している。

　次に、スリップ率と車輪－路面間の摩擦係数との関係について説明する。図４にスリップ率λと車輪－路面間の摩擦係数μとの関係を示す。ここで、摩擦係数μが負の領域にあるということは、車輪－路面間に発生する力が車両の進行方向と逆向きであることを表している。一般に、スリップ率の値が小さい領域では、スリップ率の値が増加するにつれて車輪－路面間の摩擦係数の値も増加するため、車輪－路面間に作用する力も増加し、スリップが発生しない。これは、スリップ率が負の値になる場合も同様である。よって、図４において、スリップが発生しないのはスリップ率λがλ₁＜λ＜λ₂を満たす領域である。

　一方、スリップ率の値がある領域を越えると、スリップ率の値が増加するにつれて車輪－路面間の摩擦係数の値が逆に減少するため、車輪－路面間に作用する力も減少し、スリップが発生する。図４においてスリップが発生するのはスリップ率λがλ＞λ₂あるいはλ＜λ₁を満たす領域である。なお、摩擦係数μは駆動輪の駆動力Ｆと比例関係にある。

　このことから、路面状態によって変化するスリップ率λ₁、λ₂を制御目標として探索し、探索した値になるようにスリップ率を制御する（つまり、車輪の回転速度を制御する）ようにすれば、加速時には最大の駆動力、減速時には最大の制動力を得られることになる。以下では、この制御を「スリップ制御」と記載する。

　駆動輪のスリップ制御を行った時の車輪速度の変化について説明する。最初に、アクセル操作を行うときについて説明する。一般に、滑りやすい路面でアクセル操作を行うと駆動輪が空転してしまい、スリップ制御をしない時には駆動輪の車輪速度が従動輪の車輪速度よりもはるかに大きくなる。ところが、本実施例ではスリップ制御を行うことで、駆動輪の車輪速度が従動輪の車輪速度に近い速度になるように車輪の回転を制御している。

　図５に加速走行時における従動輪と駆動輪のスリップ制御を行った時の車輪速度の波形例を示す。アクセル操作中は常に（駆動輪の車輪速度）≧（従動輪の車輪速度）が成り立つので前述した数式（１）は次式のように変換できる。

　したがって、アクセル操作時には、常にスリップ率λの値は正になる。車体が停止もしくは走行している状態からアクセル操作を行うときは、スリップ率は最初正方向に増加するが、後述するスリップ判定器１７で駆動輪がスリップしていると判定された場合に、駆動輪の駆動トルクを緩めるために駆動輪の車輪速度は従動輪の車輪速度に近づく挙動を示す。

　次にブレーキ操作を行う時について説明する。一般に、滑りやすい路面でブレーキ操作を行うと駆動輪がロックされてしまい、スリップ制御をしない時には駆動輪の車輪速度はほぼ零になる。ところが、本実施例ではスリップ制御を行うことで、駆動輪の車輪速度が従動輪の車輪速度に近い速度になるように車輪の回転を制御している。

　図６に減速走行時における従動輪と駆動輪のスリップ制御を行った時の車輪速度の波形例を示す。ブレーキ操作中は常に（従動輪の車輪速度）≧（駆動輪の車輪速度）が成り立つので、前述した数式（１）は次式のように変換できる。

　したがって、ブレーキ操作時には、常にスリップ率λの値は負になることがわかる。車体が走行中にブレーキ操作を行うときは、スリップ率は最初負方向に増加するが、後述するスリップ判定器１７で駆動輪がスリップしていると判定された場合に駆動輪の制動トルクを緩めるために駆動輪の車輪速度は従動輪の車輪速度に近づく挙動を示す。

　次に、摩擦特性演算器６５を構成する駆動力演算器１９、駆動力勾配演算器１８、及びスリップ判定器１７のそれぞれが行う演算の詳細について説明する。摩擦特性演算器６５は、駆動輪がスリップしているか否かを判定し、スリップしていると判定した時には、スリップ率の制御目標（以下、「スリップ率目標値」と記載）を探索し、探索したスリップ率になるようにトルク指令演算器２０へトルク低減指令を出力する。これには、電動機１と電動機４の何れかのトルクが低減するようにトルク低減指令を出力する場合と、両方の出力するトルクが低減するようにトルク低減指令を出力する場合とがある。

　図７に駆動力演算器１９の構成を示す。微分器５２は、駆動輪の車輪速度検出値に電動機及び車輪のイナーシャ５１を乗算したものを時間微分したものを出力する。減算器５３は、トルク指令演算器２０が出力するトルク指令と、微分器５２が出力する時間微分値を入力として、それらの差を駆動力Ｆとして出力する。

　図８に駆動力勾配演算器１８の構成を示す。駆動力勾配演算器１８では、図４のスリップ率λ及び駆動力Ｆの各々の時間変化率を演算することで駆動力のスリップ率に対する勾配を演算する。

　ピッチング振動周波数成分除去フィルタ５４は、駆動力演算器１９から出力された駆動力Ｆを入力として駆動力Ｆに含まれるピッチング振動周波数成分を除去する。一般に、ダンプトラックのピッチング振動周波数は１～３Ｈｚ程度であることが知られている。そこで、フィルタ５４には、例えば、１～３Ｈｚ程度の周波数帯域のみを落とすフィルタ特性を有するバンドエリミネートフィルタを用いることができる。なお、バンドエリミネートフィルタの代わりに、ローパスフィルタとハイパスフィルタを組み合わせたものを用いても良い。微分器５５は、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ５４から出力された駆動力Ｆを入力として時間微分値ｄＦ／ｄｔを出力する。

　同様に、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ５６は、スリップ率演算器２１から出力するスリップ率λを入力としてスリップ率λに含まれるピッチング振動周波数成分を除去する。なお、フィルタ５６も、フィルタ５４と同じ特性のものを用いている。微分器５７は、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ５６から出力されたスリップ率λを入力として、時間微分値ｄλ／ｄｔを出力する。除算器５８は、微分器５５が出力するｄＦ／ｄｔを微分器５７が出力するｄλ／ｄｔで割ることで、スリップ率に対する駆動力の勾配ｄＦ／ｄλを出力する。

　ｄＦ／ｄλは、加速走行時及び減速走行時ともに非スリップ領域では正値に、スリップ領域では負値になる。したがって、ｄＦ／ｄλが正から負に変わる瞬間のスリップ率が加速走行時には駆動力が、減速走行時には制動力が最大になるスリップ率である。

　スリップ判定器１７は、駆動力勾配演算器１８で出力するｄＦ／ｄλの値が正値であれば、駆動輪がスリップしていないと判定してトルク指令の補正を行わない。そして、ｄＦ／ｄλの値が最初に正から負へ変化した瞬間に駆動輪がスリップしていると判定し、スリップ率がスリップ判定時のスリップ率になるようにトルク低減指令を出力し、トルク指令の補正を行う。なお、スリップ判定の方法はｄＦ／ｄλが最初に正から負へ変化した瞬間に限定されるものではなく、例えばｄＦ／ｄλの値が所定の閾値を超えた瞬間を駆動輪がスリップしていると判定しても良い。

　図９に、減速走行時における駆動力Ｆ、スリップ率λ、各々の時間微分ｄＦ／ｄｔ、ｄλ／ｄｔ、及びｄＦ／ｄλ波形について、従来技術と本発明の第１実施例との比較を示す。従来技術では駆動力Ｆ、スリップ率λ波形にピッチング振動が大きく含まれているために、時間微分するとｄＦ／ｄｔ、ｄλ／ｄｔともに正負に大きく振動し、ｄＦ／ｄλを正しく演算できない。このため、制動力が最大になるスリップ率を探索できず、適切なスリップ率目標値にスリップ率を制御できない。一方、本実施例では、駆動力Ｆ、スリップ率λに含まれるピッチング振動を除去しているため、各々の時間微分波形にノイズが載らず、正しいｄＦ／ｄλの値を出力することができる。

　以上、説明したように、第１実施例に係るダンプトラックによれば、車体のピッチング振動周波数成分がスリップ率及び駆動力波形に含まれる場合でも、ｄＦ／ｄλを正しく演算し、加速走行時には駆動力が、減速走行時には制動力が最大になるスリップ率を探索することができ、探索したスリップ率になるようにトルクを制御できる。

　上記した第１実施例は、種々の変形が可能である。そこで、以下に、各種変形例について説明する。

　「変形例１」
　変形例１では、ダンプトラックに設けられた重量センサ（重量検出器）９０からの検出信号が駆動力勾配演算器１８’に入力される。この重量センサ９０は、荷台Ｖに積載されている運搬物の重量を検出するためのものである。なお、荷台Ｖの積載量を検出できるものであれば、重量センサ９０以外のセンサを用いても良い。

　図１１に、積載量の変化を考慮した時の駆動力勾配演算器１８’の構成を示す。フィルタ特性演算器５９は、重量センサ９０からの積載量を入力として、車体のピッチング振動周波数を演算する。ピッチング振動周波数成分除去フィルタ６０は、駆動力Ｆを入力として、フィルタ特性演算器５９で演算したピッチング振動周波数を駆動力Ｆから除去する。微分演算器６１は、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ６０から出力された駆動力Ｆを入力として時間微分値ｄＦ／ｄｔを出力する。

　同様に、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ６２は、スリップ率λを入力として、フィルタ特性演算器５９で演算したピッチング振動周波数をスリップ率λから除去する。微分演算器６３は、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ６２から出力されたスリップ率λを入力として時間微分値ｄλ／ｄｔを出力する。除算器６４は、微分器６１が出力するｄＦ／ｄｔを微分器６３が出力するｄλ／ｄｔで割ることで図４の勾配に相当するｄＦ／ｄλを出力する。

　次に、フィルタ特性演算器５９について説明する。図１０に、積載量とピッチング振動周波数との関係を示す。図１０は、車体の運動方程式から車体の固有振動数を演算して、積載量に応じたピッチング振動周波数を求め、それを曲線で描いたものである。

　図１２に車体の振動モデルを示す。図１２に示す振動モデルは、車体をばね上とばね下に分けた簡易モデルである。ピッチ角をθとすると、車体の運動方程式は次式で表わされる。

　Ｉ_yはｙ軸方向の慣性モーメントで一般に積載量に比例する。ｋ_f、ｋ_rは前後輪のばね定数、ｌ_f、ｌ_rは車体重心から前後輪までのｘ軸方向の距離である。

　ここで車体の固有振動数をｆとすると、ｆは数式（４）から次式で表わされる。

　数式（５）を用いることにより、フィルタ特性演算器５９は、積載量に応じたピッチング振動周波数成分を演算することができる。なお、数式（５）によれば、分母にＩ_yがあることから、積載量が大きいほど、車体の固有振動数ｆは小さくなることが分かる。即ち、フィルタ特性演算器５９は、積載量の値が大きいほど車体のピッチング振動周波数が小さくなるように、車体のピッチング振動周波数を演算している。

　以上のことから、変形例１に係るダンプトラックは、積載量の変化に応じてピッチング振動周波数が変化しても、ピッチング振動周波数成分を除去し、加速走行時には駆動力が、減速走行時には制動力が最大になるスリップ率を探索し、探索したスリップ率になるようにトルクを制御できる。

　「変形例２」
　変形例２では、ダンプトラックに設けられた重量センサ（重量検出器）９０からの検出信号が駆動力勾配演算器１８’’に入力される。この重量センサ９０は、荷台Ｖに積載されている運搬物の重量を検出するためのものである。なお、荷台Ｖの積載量を検出できるものであれば、重量センサ９０以外のセンサを用いても良い。

　図１３に、積載量の変化を考慮した時の駆動力勾配演算器１８’’の構成を示す。フィルタ特性演算器８１は、重量センサ９０からの積載量を入力として、車体のピッチング振動周波数を予め定めた数値の中から選択する。

　フィルタ特性演算器８１は、重量センサ９０から入力された荷台Ｖの積載量の値が、予め定めた閾値以上か否かを判断する。そして、その積載量の値が閾値以上の場合には、荷台Ｖに運搬物が積載されているとみなして、フィルタ特性演算器８１はピッチング振動周波数ｆ_l（第１のピッチング振動周波数）を出力する。一方、その積載量の値が閾値未満の場合には、荷台Ｖに運搬物が積載されていないとみなして、フィルタ特性演算器８１はピッチング振動周波数ｆ_e（第２のピッチング振動周波数）を出力する。

　ダンプトラックの場合、荷台Ｖには運搬物が満杯に積載されるか、あるいは空の状態であるかの何れかであることが多い。このことに着目して、変形例２では、フィルタ特性演算器８１が重量センサ９０からの入力に基づき、積載有りの場合はピッチング振動周波数ｆ_lを、積載無しの場合はピッチング振動周波数ｆ_eを選択的に出力している。

　ピッチング振動周波数成分除去フィルタ８２は、駆動力Ｆを入力として、フィルタ特性演算器８１で選択されたピッチング振動周波数を駆動力Ｆから除去する。微分演算器８３は、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ８２から出力された駆動力Ｆを入力として時間微分値ｄＦ／ｄｔを出力する。

　同様に、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ８４は、スリップ率λを入力として、フィルタ特性演算器８１で選択されたピッチング振動周波数をスリップ率λから除去する。微分演算器６３は、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ６２から出力されたスリップ率λを入力として時間微分値ｄλ／ｄｔを出力する。除算器６４は、微分器６１が出力するｄＦ／ｄｔを微分器６３が出力するｄλ／ｄｔで割ることで図４の勾配に相当するｄＦ／ｄλを出力する。

　以上のことから、変形例２に係るダンプトラックは、積載量の変化に応じてピッチング振動周波数が変化しても、ピッチング振動周波数成分を除去し、加速走行時には駆動力が、減速走行時には制動力が最大になるスリップ率を探索し、探索したスリップ率になるようにトルクを制御できる。また、変形例２によれば、運搬物の有無で出力するピッチング振動周波数を選択できるから、車輪の速度の制御を簡素化できる利点がある。

　「変形例３」
　変形例３は、左側の車輪のスリップ率と右側の車輪のスリップ率を別々に演算する構成を備えている。その変形例３に係るスリップ率演算器の構成を図１４に示す。

　左側車輪用のスリップ率演算器４８は、速度検出器９、速度検出器１１の出力する回転速度検出値を入力として、駆動輪である車輪３及び従動輪である車輪７のスリップ率を演算する。ゲイン２９は、速度検出器９の出力する電動機１の回転速度を入力値として、ギア２のギア比Ｇｒの逆数で与えられるゲインをかけることで車輪３の回転速度検出値を出力する。ゲイン３０は、ゲイン２９の出力する車輪３の回転速度検出値を入力として、車輪３の半径Ｒ_lrをかけることで、車輪３の車輪速度検出値を出力する。ゲイン３１は、速度検出器１１の出力する車輪７の回転速度検出値を入力として、車輪７の半径Ｒ_lfをかけることで、車輪７の車輪速度検出値を出力する。

　ここで、車輪７は従動輪であることから、車輪７の車輪速度検出値は実際の車両速度を表していると考えられる。減算器４２は、駆動輪の車輪速度検出値と従動輪の車輪速度検出値を入力として、それらの差を出力する。最大値選択器４３は、駆動輪の車輪速度検出値と従動輪の車輪速度検出値を入力とし、値の大きい方を出力する。除算器４４は、減算器４２の出力を最大値選択器４３の出力で割ることで左側車輪のスリップ率を出力する。なお、出力された左側車輪のスリップ率を式で表すと、前記した数式（１）となる。

　一方、右側車輪用のスリップ率演算器４９は、速度検出器１０、速度検出器１２の出力する回転速度検出値を入力として、駆動輪である車輪６及び従動輪である車輪８のスリップ率を演算する。ゲイン３２は、速度検出器１０の出力する電動機４の回転速度検出値を入力として、ギア５のギア比Ｇｒの逆数で与えられるゲインをかけることで車輪６の回転速度検出値を出力する。ゲイン３３は、ゲイン３２の出力する車輪６の回転速度検出値を入力として、車輪６の半径Ｒ_rrをかけることで、車輪６の車輪速度検出値を出力する。ゲイン３４は、速度検出器１２の出力する車輪８の回転速度検出値を入力として、車輪８の半径Ｒ_rfをかけることで、車輪８の車輪速度検出値を出力する。

　ここで、車輪８は従動輪であることから、車輪８の車輪速度検出値は実際の車両速度を表していると考えられる。減算器４５は、駆動輪の車輪速度検出値と従動輪の車輪速度検出値を入力として、それらの差を出力する。最大値選択器４６は、駆動輪の車輪速度検出値と従動輪の車輪速度検出値を入力とし、値の大きい方を出力する。除算器４７は、減算器４５の出力を最大値選択器４６の出力で割ることで右側車輪のスリップ率を出力する。なお、出力された右側車輪のスリップ率を式で表すと、前記した数式（１）となる。

　以上のことから、変形例３に係るダンプトラックは、左側車輪のスリップ率と右側車輪のスリップ率とを別々に演算し、左右独立に駆動輪３，６のトルクを制御することができる。よって、より高い精度で車輪の回転速度を制御することができる。また、変形例３によれば、左側車輪用の速度検出器９，１０又は右側車輪用の速度検出器１１，１２のうち一方が故障等しても、スリップ率を算出することができるから、速度検出器が故障しても、車輪の回転速度の制御を継続することができる。

　「変形例４」
　変形例４は、左側の駆動輪の駆動力と右側の駆動輪の駆動力を別々に演算する構成を備えている。その変形例４に係る駆動力演算器の構成を図１５に示す。

　駆動力演算器７２は、左側の駆動輪の駆動力Ｆを演算するためのものである。微分器６７は、左側の駆動輪の車輪速度検出値に電動機及び車輪のイナーシャ６６を乗算したものを時間微分したものを出力する。減算器６８は、トルク指令演算器２０が出力する左側の駆動輪のトルク指令と、微分器６７が出力する時間微分値を入力として、それらの差を左側駆動輪の駆動力Ｆとして出力する。

　一方、駆動力演算器７３は、右側の駆動輪の駆動力Ｆを演算するためのものである。微分器７０は、右側の駆動輪の車輪速度検出値に電動機及び車輪のイナーシャ６９を乗算したものを時間微分したものを出力する。減算器７１は、トルク指令演算器２０が出力する右側の駆動輪のトルク指令と、微分器７０が出力する時間微分値を入力として、それらの差を右側駆動輪の駆動力Ｆとして出力する。

　以上のことから、変形例４に係るダンプトラックは、左側駆動輪の駆動力と右側駆動輪の駆動力とを別々に演算し、左右独立に駆動輪３，６のトルクを制御することができる。よって、より高い精度で車輪の回転速度を制御することができる。また、変形例４によれば、左側車輪用の速度検出器９，１０又は右側車輪用の速度検出器１１，１２のうち一方が故障等しても、駆動力を算出することができるから、速度検出器が故障しても、車輪の回転速度の制御を継続することができる。

　「第２実施例に係るダンプトラック」
　続いて、本発明の第２実施例に係るダンプトラックについて図面を用いて説明する。なお、第１実施例におけるフィルタは、駆動力Ｆ及びスリップ率λに含まれるピッチング振動周波数成分を除去したのに対し、第２実施例におけるフィルタは、各車輪の車輪速度検出値に含まれるピッチング振動周波数成分を除去している点で相違する。別言すれば、第１実施例では、フィルタは駆動力勾配演算器に設けられていたが、第２実施例では、フィルタはスリップ率演算器に設けられている点で相違する。そこで、以下の説明は、この相違点を中心に説明することとし、第１実施例と同じ構成についての説明は省略する。なお、図中、第１実施例と同一符号のものは、同一の構成である。

　図１６に、第２実施例に係るダンプトラックのスリップ率演算器７９の構成を示す。図１６に示すように、スリップ率演算器７９には、速度検出器９，１０，１１，１２から出力された各車輪３，６，７，８の車輪速度検出値に対して、それぞれピッチング振動周波数成分除去フィルタ７４，７５，７６，７７が設置されている。これらピッチング振動周波数成分除去フィルタ７４，７５，７６，７７によって、車輪速度検出値に含まれるピッチング振動周波数成分が除去される。スリップ率演算器７９は、ピッチング振動周波数成分が除去された左右の従動輪７、８と駆動輪３、６の車輪速度の平均値を入力してスリップ率を求めている。

　このように、第２実施例では、車体のピッチング振動周波数成分が車輪速度検出値に含まれる場合でも、フィルタによってその周波数成分が除去されるから、スリップ率を正しく演算し、加速走行時には駆動力が、減速走行時には制動力が最大になるスリップ率を探索することができ、探索したスリップ率になるようにトルクを制御できる。

　なお、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ７４，７５，７６，７７は、１～３Ｈｚ程度の周波数帯域のみを落とすフィルタ特性を有するバンドエリミネートフィルタである。これは、ダンプトラックのピッチング振動周波数は１～３Ｈｚ程度であるからである。勿論、バンドエリミネートフィルタの代わりに、ローパスフィルタとハイパスフィルタを組み合わせたものを用いても良い。

　上記した第２実施例は、種々の変形が可能である。そこで、以下に、各種変形例について説明する。

　「変形例５」
　変形例５では、ダンプトラックに設けられた重量センサ（重量検出器）９０からの検出信号がスリップ率演算器８０に入力される。この重量センサ９０は、荷台Ｖに積載されている運搬物の重量を検出するためのものである。なお、荷台Ｖの積載量を検出できるものであれば、重量センサ９０以外のセンサを用いても良い。

　図１７に、積載量の変化を考慮した時のスリップ率演算器８０の構成を示す。フィルタ特性演算器７８は、重量センサ９０からの積載量を入力として、前記した数式（５）を用いて車体のピッチング振動周波数を演算する。なお、数式（５）によれば、分母にＩ_yがあることから、積載量が大きいほど、車体の固有振動数ｆは小さくなることが分かる。即ち、フィルタ特性演算器７８は、積載量の値が大きいほど車体のピッチング振動周波数が小さくなるように、車体のピッチング振動周波数を演算している。そして、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ７４，７５，７６，７７は、フィルタ特性演算器７８によって演算されたピッチング振動周波数成分を車輪速度検出値から除去する。スリップ率演算器８０は、ピッチング振動周波数成分が除去された左右の従動輪７、８と駆動輪３、６の車輪速度の平均値を入力してスリップ率を求めている。

　以上のことから、変形例５に係るダンプトラックは、積載量の変化に応じてピッチング振動周波数が変化しても、ピッチング振動周波数成分を除去し、加速走行時には駆動力が、減速走行時には制動力が最大になるスリップ率を探索し、探索したスリップ率になるようにトルクを制御できる。

　「変形例６」
　変形例６では、ダンプトラックに設けられた重量センサ（重量検出器）９０からの検出信号がスリップ率演算器８８に入力される。この重量センサ９０は、荷台Ｖに積載されている運搬物の重量を検出するためのものである。なお、荷台Ｖの積載量を検出できるものであれば、重量センサ９０以外のセンサを用いても良い。

　図１８に、積載量の変化を考慮した時のスリップ率演算器８８の構成を示す。フィルタ特性演算器８７は、重量センサ９０から入力された荷台Ｖの積載量の値が、予め定めた閾値以上か否かを判断する。そして、その積載量の値が閾値以上の場合には、荷台Ｖに運搬物が積載されているとみなして、フィルタ特性演算器８７はピッチング振動周波数ｆ_l（第１のピッチング振動周波数）を出力する。一方、その積載量の値が閾値未満の場合には、荷台Ｖに運搬物が積載されていないとみなして、フィルタ特性演算器８７はピッチング振動周波数ｆ_e（第２のピッチング振動周波数）を出力する。

　ダンプトラックの場合、荷台Ｖには運搬物が満杯に積載されるか、あるいは空の状態であるかの何れかであることが多い。このことに着目して、変形例６では、フィルタ特性演算器８７が重量センサ９０からの入力に基づき、ピッチング振動周波数ｆ_l又はピッチング振動周波数ｆ_eを選択的に出力している。

　そして、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ７４，７５，７６，７７は、フィルタ特性演算器７８によって選択されたピッチング振動周波数成分を車輪速度検出値から除去する。スリップ率演算器８８は、ピッチング振動周波数成分が除去された左右の従動輪７、８と駆動輪３、６の車輪速度の平均値を入力してスリップ率を求めている。

　以上のことから、変形例６に係るダンプトラックは、積載量の変化に応じてピッチング振動周波数が変化しても、ピッチング振動周波数成分を除去し、加速走行時には駆動力が、減速走行時には制動力が最大になるスリップ率を探索し、探索したスリップ率になるようにトルクを制御できる。また、変形例６によれば、運搬物の有無で出力するピッチング振動周波数を選択できるから、車輪の速度の制御を簡素化できる利点がある。

　「変形例７」
　第２実施例に係るダンプトラックにおいて、左側の車輪のスリップ率と右側の車輪のスリップ率を別々に演算する構成を備えても良い。この場合、図１９に示すように、左側車輪用のスリップ率演算器９１の速度検出器１１とゲイン３１との間にピッチング振動周波数成分除去フィルタ７４を設置し、速度検出器９とゲイン２９との間にピッチング振動周波数成分除去フィルタ７５を設置する。また、右側車輪用のスリップ率演算器９２の速度検出器１２とゲイン３４との間にピッチング振動周波数成分除去フィルタ７６を設置し、速度検出器１０とゲイン３２との間にピッチング振動周波数成分除去フィルタ７７を設置する。

　そして、ピッチング振動周波数成分除去フィルタ７４，７５によってピッチング振動周波数成分が除去された車輪速度検出値を用いて、スリップ率演算器９１が左側車輪のスリップ率を演算する。スリップ率演算器９２も同様にして右側車輪のスリップ率を演算する。

　以上のことから、変形例７に係るダンプトラックは、左側車輪のスリップ率と右側車輪のスリップ率とを別々に演算し、左右独立に駆動輪３，６のトルクを制御することができる。よって、より高い精度で車輪の回転速度を制御することができる。また、変形例７によれば、左側車輪用の速度検出器９，１０又は右側車輪用の速度検出器１１，１２のうち一方が故障等しても、スリップ率を算出することができるから、速度検出器が故障しても、車輪の回転速度の制御を継続することができる。

　１，４…電動機、２，５…ギア、３，６…車輪（駆動輪），７，８…車輪（従動輪）、９，１０，１１，１２…速度検出器、１３…電力変換器、１４，１５…電流検出器、１６…トルク制御器、１７…スリップ判定器（スリップ判定部）、１８，１８’，１８’’…駆動力勾配演算器（駆動力勾配演算部）、１９，７２，７３…駆動力演算器、２０…トルク指令演算器（トルク指令演算部）、２１，４８，４９，７９，８０，８８，９１，９２…スリップ率演算器（スリップ率演算部）、２２…アクセル開度検出器、２３…ブレーキ開度検出器、２４…ステアリング角度検出器、２５，２６，２７，２８…荷重検出器、２９，３０，３１，３２，３３，３４，３７，３８…ゲイン、３５，３６…加算器、３９，４２，４５…減算器、４０，４３，４６…最大値選択器、４１，４４，４７，５８，６４，８６…除算器、５０…電動機制御器、５１，６６，６９…電動機のイナーシャ（電動機側換算値）、５２，５５，５７，６１，６３，６７，７０，８３，９５…微分器、５３，６８，７１…減算器、５４，５６，６０，６２，７４，７５，７６，７７，８２，８４…ピッチング振動周波数成分除去フィルタ（フィルタ）、５９，７８，８１，８７…フィルタ特性演算器（フィルタ特性演算部）、６５…摩擦特性演算器、９０…重量センサ（重量検出器）

Claims

　電動機と、前記電動機により駆動あるいは制動される駆動輪と、前記駆動輪の回転に従動する従動輪と、前記電動機を制御する電動機制御器と、前記駆動輪及び前記従動輪の車輪速度を検出する速度検出器と、を備えた電気駆動車両において、
　前記電動機制御器は、
　前記速度検出器により検出された車輪速度検出値から前記駆動輪のスリップ率を演算するスリップ率演算部と、
　前記駆動輪のトルク指令を演算するトルク指令演算部と、
　前記駆動輪の車輪速度検出値と前記駆動輪のトルク指令から前記駆動輪に発生する駆動力を演算する駆動力演算部と、
　前記スリップ率及び前記駆動力に含まれる車体のピッチング振動周波数成分を低減するフィルタと、を有する
　ことを特徴とする電気駆動車両。
　請求項１において、
　前記フィルタは、１～３Ｈｚ程度の前記車体のピッチング振動周波数成分を除去するフィルタ特性を有することを特徴とする電気駆動車両。
　請求項１において、
　運搬物の積載量を検出する重量検出器と、前記重量検出器にて検出された積載量の値に基づいて前記車体のピッチング振動周波数成分を演算するフィルタ特性演算部と、を更に備え、
　前記フィルタは、前記フィルタ特性演算部で演算された前記車体のピッチング振動周波数成分を除去することを特徴とする電気駆動車両。
　請求項３において、
　前記フィルタ特性演算部は、前記積載量の値が大きいほど前記車体のピッチング振動周波数が小さくなるように、前記車体のピッチング振動周波数を演算することを特徴とする電気駆動車両。
　請求項３において、
　前記運搬物が積載されているか否かを判断するための閾値を予め定めておき、
　前記重量検出器にて検出された積載量の値が前記閾値以上の場合には、前記フィルタ特性演算部は第１のピッチング振動周波数を出力し、前記重量検出器にて検出された積載量の値が前記閾値未満の場合には、前記フィルタ特性演算部は第２のピッチング振動周波数を出力するようにしたことを特徴とする電気駆動車両。
　請求項１において、
　前記フィルタにて前記車体のピッチング振動周波数成分が低減された前記スリップ率及び前記駆動力から、前記スリップ率に対する前記駆動力の勾配を演算する駆動力勾配演算部と、前記駆動力勾配演算部で演算した前記スリップ率に対する駆動力の勾配からスリップ判定を行うスリップ判定部と、を更に備えることを特徴とする電気駆動車両。
　請求項６において、
　前記スリップ判定部は、前記駆動力勾配演算部で前記スリップ率に対する前記駆動力の勾配が加速もしくは減速走行時に最初に正から負になった時に、前記駆動輪がスリップしていると判定することを特徴とする電気駆動車両。
　請求項６において、
　前記スリップ判定部は、前記駆動力勾配演算部で前記スリップ率に対する前記駆動力の勾配が、加速もしくは減速走行時に最初に所定の閾値を超えた時に前記駆動輪がスリップしていると判定することを特徴とする電気駆動車両。
　請求項６において、
　前記スリップ判定部がスリップ判定をした場合は、前記スリップ率が前記スリップ判定時の前記スリップ率になるように、前記トルク指令演算部は、前記トルク指令にトルク低減指令を加えることを特徴とする電気駆動車両。
　電動機と、前記電動機により駆動あるいは制動される駆動輪と、前記駆動輪の回転に従動する従動輪と、前記電動機を制御する電動機制御器と、前記駆動輪及び前記従動輪の車輪速度を検出する速度検出器と、を備えた電気駆動車両において、
　前記電動機制御器は、
　前記速度検出器により検出された車輪速度検出値に含まれる車体のピッチング振動周波数成分を低減するフィルタと、
　前記フィルタにて前記車体のピッチング振動周波数成分が低減された前記車輪速度検出値から前記駆動輪のスリップ率を演算するスリップ率演算部と、を有する
　ことを特徴とする電気駆動車両。
　請求項１０において、
　前記フィルタは、１～３Ｈｚ程度の前記車体のピッチング振動周波数成分を除去するフィルタ特性を有することを特徴とする電気駆動車両。
　請求項１０において、
　運搬物の積載量を検出する重量検出器と、前記重量検出器にて検出された積載量の値に基づいて前記車体のピッチング振動周波数成分を演算するフィルタ特性演算部と、を更に備え、
　前記フィルタは、前記フィルタ特性演算部で演算された前記車体のピッチング振動周波数成分を除去することを特徴とする電気駆動車両。
　請求項１２において、
　前記フィルタ特性演算部は、前記積載量の値が大きいほど前記車体のピッチング振動周波数が小さくなるように、前記車体のピッチング振動周波数を演算することを特徴とする電気駆動車両。
　請求項１２において、
　前記運搬物が積載されているか否かを判断するための閾値を予め定めておき、
　前記重量検出器にて検出された積載量の値が前記閾値以上の場合には、前記フィルタ特性演算部は第１のピッチング振動周波数を出力し、前記重量検出器にて検出された積載量の値が前記閾値未満の場合には、前記フィルタ特性演算部は第２のピッチング振動周波数を出力するようにしたことを特徴とする電気駆動車両。