WO2014196405A1 - 電気自動車のスリップ制御装置 - Google Patents

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WO2014196405A1
WO2014196405A1 PCT/JP2014/063886 JP2014063886W WO2014196405A1 WO 2014196405 A1 WO2014196405 A1 WO 2014196405A1 JP 2014063886 W JP2014063886 W JP 2014063886W WO 2014196405 A1 WO2014196405 A1 WO 2014196405A1
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motor
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torque
electric vehicle
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張瑩捷
平田淳一
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Ntn株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a slip control device provided in a vehicle that travels by driving only a motor or an electric vehicle that is a vehicle including both a motor and an engine, and performs torque control when slip occurs during traveling by the motor.
  • the present invention relates to a slip control device that performs and eliminates slip.
  • the traction control device for a vehicle detects a slip amount of the drive wheel to prevent the drive wheel from slipping due to an excessive drive torque and stopping acceleration when the vehicle is accelerated, and the slip amount of the drive wheel is detected on the road surface. It is generally known that the engine output and the wheel braking force are limited so as to achieve a target slip amount corresponding to the friction coefficient (for example, Patent Document 1). That is, the slip amount is controlled by decreasing the engine output or increasing the braking force.
  • Patent Document 2 when the angular acceleration value of the driving wheel exceeds the angular acceleration threshold value, a torque command correction value ⁇ Tr including a term obtained by multiplying the angular acceleration by a feedback gain is used to perform feedback correction on the torque command.
  • a torque command correction value ⁇ Tr including a term obtained by multiplying the angular acceleration by a feedback gain is used to perform feedback correction on the torque command.
  • the fact that the driving wheel grips the road surface is detected by comparing the angular acceleration with the angular acceleration threshold value. Further, it is detected by comparing the angular acceleration with another angular acceleration threshold value that the driving wheel returns from the slip road surface to the normal road surface and the angular acceleration temporarily decreases.
  • These angular acceleration threshold values and feedback gain values are set according to the accelerator opening and the wheel speed of the drive wheels. In addition, depending on whether the motor rotation speed exceeds the base rotation speed, the value of the coefficient for determining the angular acceleration threshold and the feedback gain is changed.
  • An object of the present invention is to provide a slip control device for an electric vehicle capable of determining slip occurrence with high accuracy using only a rotation angle sensor for controlling the rotation of a motor, and capable of prompt control for eliminating the slip. .
  • a slip control apparatus 20 is an apparatus that is provided in an electric vehicle that is a vehicle 5 including at least one electric motor 3 for driving and that performs slip control of the electric vehicle.
  • Threshold calculating means 21 for calculating the normal angular acceleration of the motor 3 according to the operation amount of the accelerator 4 and calculating a threshold for slip determination based on the calculated normal angular acceleration;
  • Angular acceleration calculation means 22 for calculating the angular acceleration of the motor 3 from the detection value of the rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the motor 3;
  • Slip judging means 23 for judging that the wheel 7 driven by the motor 3 has slipped;
  • the slip determining means 23 includes torque limiting means 25 for limiting the torque generated by the motor 3.
  • the torque limiting means 25 limits the torque at the time of slip.
  • the slip determination means 23 compares the angular acceleration calculated by the angular acceleration calculation means 22 with the threshold value, and determines whether the angular acceleration exceeds the threshold value or exceeds the threshold value.
  • a slip determination unit 28 that determines that a slip has occurred when the number of times counted by the count unit 27 reaches a set value is provided.
  • the rotation speed detection means includes a rotation angle sensor 3a for measuring the rotation angle of the motor 3, and detects the rotation speed by differentiating the rotation angle measured by the rotation angle sensor 3a.
  • the rotation angle sensor 3a that detects the rotation speed of the motor 3 is used as the sensor, and the angular acceleration is obtained by calculation. Therefore, a sensor other than the rotation angle sensor 3a of the drive wheel is unnecessary and expensive. Since no acceleration sensor is required, an increase in cost can be suppressed. Since the angular acceleration is obtained from the rotation angle sensor 3a, the detection accuracy of the angular acceleration is low, but when the number of consecutive times equal to or greater than the threshold value or the number of consecutive times exceeding the threshold value reaches the set value, it is determined that slip has occurred. Judgment can be made. Further, since the torque of the motor 3 is controlled to eliminate the slip, unlike the case of controlling the engine and the brake to eliminate the slip, the response is good and the control can be performed quickly.
  • the torque limiting means 25 may include a torque nulling unit 29 that zeros the torque generated by the motor 3 when the slip determining means 23 determines that the slip has occurred. By making the torque of the motor 3 of the wheel 7 where the slip has occurred zero, the occurrence of the slip is surely eliminated.
  • the torque limiting means 25 determines whether or not the rotational speed of the motor 3 has decreased to a reference speed for slip determination determined based on the rotational speed before it is determined that the slip has occurred.
  • a torque recovery unit 31 that gradually increases and recovers the torque generated in the motor 3 may be provided.
  • the vehicle 5 suddenly accelerates to give a sense of acceleration to a passenger such as a driver.
  • the torque recovery unit 31 is configured to gradually recover the torque as described above, comfortable running performance can be maintained without causing the passenger to feel acceleration / deceleration.
  • torque gradually decreasing means 24 for gradually reducing the torque generated by the motor 3 as the count value by the counting unit 27 increases may be provided. good.
  • the torque may be reduced even though no slip actually occurs.
  • the torque is gradually reduced as the count value increases, the decrease in running speed due to the reduction of the torque when there is no slip is gradual.
  • quick slip cancellation control can be performed. That is, when the count value is small and the degree of possibility of slipping is high, the torque is reduced slightly, and the torque reduction is increased as the count value increases and the certainty of the possibility of slipping increases. It is possible to achieve both of slip cancellation and avoidance of useless torque reduction.
  • the torque limiting means 25 includes a reference speed setting unit 30 that sets the reference speed, and the plurality of motors 3 and 3 includes a pair of motors 3 and 3 that respectively drive the left and right wheels 7.
  • the reference speed setting unit 30 When it is not determined that the wheel 7 on the opposite side to the left and right sides of the wheel 7 determined to have slipped is determined to be slipping, the current rotational speed of the wheel 7 on the opposite side and the wheel determined to have slipped are determined.
  • the rotation speed at the time of comparing the angular accelerations at 1 may be used as the reference rotation speed.
  • the motor 3 may be the motor 3 constituting the in-wheel motor device 11.
  • the in-wheel motor device 11 since each wheel 7 is individually motor-driven, the influence of slip is large. Therefore, the effect by the slip control is more effectively exhibited.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conceptual configuration of an electric vehicle drive device including an electric vehicle slip control device according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the specific example of the same electric vehicle drive device. It is a block diagram which shows the conceptual structure of the slip control apparatus in the same electric vehicle drive device. It is a flowchart which shows the control action of the slip control apparatus. It is a graph which shows an example of the curve which reduces a torque with the torque gradual reduction means in the slip control apparatus.
  • FIG. 1 shows an electric vehicle drive device provided with a slip control device according to this embodiment.
  • the electric vehicle drive device includes a VCU (vehicle control unit) 1 and inverter devices 2 and 2.
  • the VCU 1 is a computer-type electric control unit that performs integrated control and cooperative control of the entire vehicle, and is also referred to as “ECU”.
  • the inverter devices 2 and 2 are devices that apply drive currents to each of the plurality of motors 3 and 3 for driving driving in response to a drive command sent from the VCU 1.
  • the VCU 1 and the inverter devices 2 and 2 are connected so as to be able to transmit signals to each other by communication means such as CAN (Control Area Network) communication.
  • CAN Control Area Network
  • This figure shows an example in which the left and right wheels are applied to a vehicle driven by motors 3 and 3, respectively.
  • the motor 3 is a synchronous motor or an induction motor driven by a three-phase alternating current.
  • a drive command indicating the accelerator operation amount output from the accelerator operation sensor 4a is input to the VCU 1 and is distributed from the VCU 1 to the inverter devices 2 and 2 for the motors 3 and 3.
  • FIG. 2 shows a specific example of the electric vehicle driving apparatus.
  • This electric vehicle is a four-wheeled vehicle provided with front wheels 6, 6 and rear wheels 7, 7 on the body of the vehicle 5, and the left and right wheels 7, 7 serving as rear wheels are motors, respectively. It becomes a driving wheel driven by 3 and 3.
  • each motor 3 constitutes an in-wheel motor drive device 11 together with the wheel bearing 9 and the speed reducer 10.
  • the speed reducer 10 decelerates the rotational output of the motor 3 and transmits it to a rotating wheel (not shown) of the wheel bearing 9.
  • the VCU 1 receives accelerator operation amount, brake operation amount, and handle operation amount signals from the accelerator operation sensor 4a of the accelerator 4, the brake operation sensor 12a of the brake 12, and the steering sensor 13a of the handle 13, respectively.
  • the VCU 1 generates a torque command value to be distributed to the left and right motors 3 and 3 in accordance with the accelerator operation amount signal of the accelerator operation sensor 4a in consideration of the brake operation amount and handle operation amount signals.
  • 2 and 2 are given.
  • Each inverter device 2, 2 converts the DC power of the battery 8 into a motor drive current of AC power, and controls the motor drive current according to the torque command.
  • the inverter devices 2 and 2 are respectively provided with electric vehicle slip control devices 20 and 20 according to this embodiment.
  • these slip control apparatuses 20 and 20 may be provided in VCU1.
  • the torque control means 16 of the inverter device 2 is provided in a weak electric circuit portion constituted by a microcomputer and other electronic circuits.
  • a slip control device 20 is provided in this weak electric circuit portion.
  • This slip control device 20 is a device that performs the control shown in the flowchart in FIG.
  • the slip control device 20 includes a threshold value calculation unit 21, an angular acceleration calculation unit 22, a slip determination unit 23, a torque gradually decreasing unit 24, and a torque limiting unit 25.
  • the slip determination unit 23 includes an angular acceleration comparison unit 26, a count unit 27, and a slip determination unit 28.
  • the torque gradually decreasing means 24 gradually reduces the torque before determining the occurrence of slip.
  • the torque limiting means 25 limits the torque at the time of slip, and includes a torque zeroing unit 29, a reference speed setting unit 30, and a torque recovery unit 31. Details of the function of each means and each part will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • a slip determination threshold value is calculated (step S1).
  • the normal angular acceleration of the motor 3 corresponding to the operation amount of the accelerator 4 output from the accelerator operation sensor 4a that is, the angular acceleration that the motor 3 should originally exhibit according to the operation amount of the accelerator 4 is calculated.
  • the calculated normal angular acceleration is set as a threshold value.
  • a threshold value may be obtained by multiplying the calculated angular acceleration by an appropriately determined coefficient or the like. If the specific example about a threshold value is shown, the acceleration (alpha) given to a vehicle by operation of an accelerator will be calculated with the following formula.
  • the rotation angle of the motor 3 is measured by the rotation angle sensor 3a, and in the acceleration calculation process (S3), the measured rotation angle is differentiated twice to obtain the angular acceleration.
  • the means for performing the processes in steps S2 and S3 is the angular acceleration calculating means 22. Since only the rotation angle sensor 3 is used and the acceleration sensor, which is an expensive sensor, is not used, the cost can be reduced. However, since the value differentiated twice as described above has a large variation, it cannot be used as it is. Slip determination is performed by continuously determining multiple times.
  • the determination process (S4) for the threshold value of the angular acceleration it is determined whether or not the angular acceleration calculated in the process S3 exceeds the threshold value determined in the process S1. You may judge by whether it is more than a threshold value. If the threshold is not exceeded, no slip has occurred, so the counter 27a (FIG. 3) is reset to zero, and then the process returns to resume the process from step S1. At the time of this restart, the count value is zero.
  • the determination of whether or not the angular acceleration exceeds the threshold value (S4) and the determination whether or not the set number of times is reached when the threshold value is exceeded (S15) are repeated. If the angular acceleration does not exceed the threshold value, the counter 27a is reset as described above (S13). Therefore, the determination as to whether or not the set number of times has been reached (S15) Will count. When the count value reaches the set number N, it is determined that slip has occurred, and the process proceeds to step S8 for slip elimination.
  • the means for performing the determination process (S4) for the threshold value of the angular acceleration is the angular velocity comparison section 26, and the means for performing the counter addition process (S5) and the counter reset process (S13) is the count section 27.
  • the slip determination unit 28 is a means for performing a determination process (S7) as to whether or not the set number of times has been reached.
  • the angular velocity comparison unit 26, the count unit 27, and the slip determination unit 28 constitute the slip determination unit 28.
  • step S8 a command is given to the torque control means 16 so that the torque generated in the motor 3 is made zero in order to eliminate the slip.
  • Means for performing the process of making the torque zero in the process S8 is the torque zeroing unit 29. Since the torque of the motor of the wheel in which the slip has occurred is made zero, the occurrence of the slip is surely eliminated. Further, since the torque of the motor 3 is controlled to eliminate the slip, unlike the case of controlling the engine and the brake to eliminate the slip, the response is good and the control can be performed quickly.
  • step S8 in addition to the process of making the torque zero, in order to obtain a reference value for torque recovery determination, the rotational speed at the time of angular acceleration comparison (S4) when the count counted up to the set number N is 1 is set. Records in a predetermined storage area. Note that the rotational speed when the threshold value at the time of angular acceleration comparison (S4) is exceeded is always stored, and in step S8, the first rotational speed among the consecutive N times is a predetermined speed for setting the reference speed. Record in the storage area.
  • a reference rotational speed for determining torque recovery is set.
  • reference rotational speed it is referred to as “reference rotational speed”, but “rotational speed” and “rotational speed” in this specification are synonymous.
  • the reference rotation speed is set as follows. When one wheel slips, that is, when it is not determined that the wheel 7 on the opposite side to the left and right of the wheel 7 determined to have slipped, the current rotational speed of the wheel 7 on the opposite side is determined. The recorded rotational speed of the wheel 7 determined to have slipped is compared with the rotational speed at the time of comparing the angular acceleration when the count is 1, and the smaller rotational speed is set as the reference rotational speed.
  • the counting unit of the wheel 7 that has been determined to have slipped When both wheels slip, that is, when it is determined that the wheel 7 on the opposite side to the left and right of the wheel 7 determined to have slipped is also slipped, the counting unit of the wheel 7 that has been determined to have slipped first.
  • the rotational speed at the time of angular acceleration comparison when the count counted by 27 is 1 is set as a reference rotational speed.
  • the means for performing the process of the reference speed setting process S9 is a reference rotation speed setting unit 30.
  • the current rotation speed of the wheel 7 obtained from the detection value of the rotation angle sensor 3a is compared with the reference rotation speed (S10). If the rotation speed is higher than the reference rotation speed, it is determined that the slip has not yet been resolved. That is, it is determined that the wheel 7 has not gripped yet. When the current rotation speed is equal to or lower than the reference rotation speed, it is determined that the slip has been recovered, that is, the wheel 7 has been gripped. Simply put, it is determined that the wheel 7 has gripped when the current rotational speed is reduced to the rotational speed before slipping.
  • the torque is kept at zero (S11) and the process returns. Note that the process may return immediately before or immediately after the reference speed setting step S9. When it is determined in the comparison step S10 that the slip has been eliminated, the torque is gradually recovered.
  • the torque is increased by a small set amount (for example, 0.1 Nm) and recovered (S12), and then the process returns or immediately before or immediately after the reference speed setting process S9. In this way, the current rotational speed is compared with the reference rotational speed again (S10). If it is determined that the slip has been eliminated, the torque is increased again by the slight set amount. Recover (S12).
  • the torque recovery unit 31 is configured by the determination process S10 and the process S12 for recovering the torque by a small amount.
  • the torque zeroing unit 29, the reference speed setting unit 30, and the torque recovery unit 31 constitute a torque limiting means 25.
  • the determination of whether the angular acceleration is equal to or higher than the threshold value or exceeds the threshold value (S4) is performed a set number of times to determine the slip (S7).
  • the judgment for the set number of times can be made in a very short time, the vehicle advances somewhat during this time.
  • the slip determination is not completed, it is possible to cope with slip elimination at an early stage by gradually reducing the torque generated by the motor 3 as the count value increases as described above.
  • the torque of the motor 3 is controlled to zero when it is determined that slip has occurred (S8), the torque is reduced before that to avoid a sudden speed drop that occurs in the vehicle. Comfortable running performance can be maintained without causing a feeling of deceleration.
  • the torque may be reduced even though no slip actually occurs.
  • the torque is gradually reduced as the count value increases, the decrease in running speed due to the reduction of the torque when there is no slip is gradual.
  • quick slip cancellation control can be performed. That is, when the count value is small and the degree of possibility of slipping is high, the torque is reduced slightly, and the torque reduction is increased as the count value increases and the certainty of the possibility of slipping increases. It is possible to achieve both slip prevention and avoidance of useless torque reduction.

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Abstract

　モータの回転制御用の回転角センサのみを用いて精度良くスリップ判断し、スリップを解消する速やかな制御が可能な、電気自動車のスリップ制御装置を提供する。アクセルの操作量に応じたモータのノーマル角加速度を計算して閾値を求める閾値計算手段２１と、回転角センサ３ａの検出値を２回微分して角加速度を計算する角加速度計算手段２２を設ける。モータ３で駆動される車輪７がスリップしたことを判断するスリップ判断手段２３、およびスリップしたと判断された場合にトルクを制限するトルク制限手段２５を設ける。スリップ判断手段２３は、計算された角加速度と閾値とを比較し、計算された角加速度が閾値を超えたとされる判断が連続する回数をカウントし、その回数が設定値に達するとスリップしたと判断する。

Description

電気自動車のスリップ制御装置 関連出願
　本出願は、２０１３年６月３日出願の特願２０１３－１１６７２５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、モータのみの駆動で走行する車両や、モータとエンジンとの両方を備える車両である電気自動車に設けられたスリップ制御装置であって、モータによる走行中のスリップ発生時におけるトルク制御を行い、スリップを解消させるスリップ制御装置に関する。
　車両のトラクション制御装置は、車両の加速時に駆動輪が過大駆動トルクによりスリップして加速性が停止することを防止するために、駆動輪のスリップ量を検出し、この駆動輪のスリップ量が路面の摩擦係数に対応する目標スリップ量となるように、エンジン出力や車輪制動力を制限するものとして、一般に知られている（例えば、特許文献１）。すなわち、エンジン出力を低下させるか、またはブレーキ力を増大させてスリップ量を制御する。
　また、特許文献２には、駆動輪の角加速度の値が角加速度閾値を越えた場合に、角加速度にフィードバックゲインを乗じた項を含むトルク指令補正値ΔＴrを用いて、トルク指令にフィードバック補正を施すことが提案されている。具体時には、駆動輪が路面をグリップしたことを、角加速度と角加速度閾値との比較により検出する。また、駆動輪がスリップ路面から通常路面へと戻り角加速度が一時的に低下したことを、角加速度と別の角加速度閾値との比較により検出する。これら角加速度閾値ならびにフィードバックゲインの値は、アクセル開度および駆動輪の車輪速に応じて設定される。また、モータ回転数がベース回転数を越えたか否かにより、角加速度閾値やフィードバックゲインを決定する際の係数の値が変更される。
特開昭６３－２５９１４１号公報 特開平８－１８２１１９号公報
　特許文献１に開示の技術では、スリップ量を計算するのに、駆動輪の回転速度と従動輪の回転速度が必要となる。そのため、左右２輪駆動の電気自動車においては、モータに付いている回転角センサ以外に、従動輪にも回転角センサが必要となる。さらに、エンジンとブレーキの応答性が悪いので、速やかな制御が不可能である。
　特許文献２に開示の技術では、角加速度を直接に測るようにしているが、加速度センサは高価なセンサであるため、コストが高くなる。回転速度から間接的に角加速度を計算する場合は、精度が悪くて、実用性が低くなる。
　この発明の目的は、モータの回転制御用の回転角センサのみを用いて精度良くスリップ発生を判断し、スリップを解消する速やかな制御が可能な、電気自動車のスリップ制御装置を提供することである。
　以下、便宜上理解を容易にするために、実施形態の符号を参照して説明する。
　この発明の一構成に係るスリップ制御装置２０は、走行駆動用の電動のモータ３を少なくとも１つ備えた車両５である電気自動車に設けられ、当該電気自動車のスリップ制御を行う装置であって、
　アクセル４の操作量に応じた前記モータ３のノーマル角加速度を計算し、この計算したノーマル角加速度を基にスリップ判断のための閾値を計算する閾値計算手段２１と、
　前記モータ３の回転速度を検出する回転速度検出手段の検出値から前記モータ３の角加速度を計算する角加速度計算手段２２と、
　前記モータ３で駆動される車輪７がスリップしたことを判断するスリップ判断手段２３と、
　このスリップ判断手段２３が、前車輪７はスリップしたと判断した場合に、前記モータ３に発生させるトルクを制限するトルク制限手段２５とを備える。トルク制限手段２５は、このように、スリップ時にトルクを制限するものである。
　前記スリップ判断手段２３は、前記角加速度計算手段２２で計算された角加速度と前記閾値とを比較して、前記角加速度が前記閾値を超えたかまたは前記閾値以上になったか否かを判断する角加速度比較部２６と、
　この角加速度比較部２６により前記閾値以上または閾値を超えたとされる判断が連続する回数をカウントするカウント部２７と、
　このカウント部２７によりカウントされた回数が設定値に達するとスリップしたと判断するスリップ判断部２８とを有する。
　好ましくは、前記回転速度検出手段は、前記モータ３の回転角を測定する回転角センサ３ａを有し、この回転角センサ３ａによって測定された回転角を微分して、前記回転速度を検出する。
　この構成によると、センサとして、モータ３の回転速度を検出する回転角センサ３ａのみを用い、計算により角加速度を求めるため、駆動輪の回転角センサ３ａ以外のセンサが不要であり、また高価な加速度センサを必要としないため、コスト増が抑えられる。回転角センサ３ａから角加速度を求めるため、角加速度の検出精度は低いが、閾値以上の連続回数または閾値を超えた連続回数が設定値に達するとスリップ発生と判断するため、精度良くスリップ発生の判断が行える。また、モータ３のトルクを制御してスリップを解消するため、エンジンやブレーキを制御してスリップを解消するものと異なり、応答性が良く、速やかな制御が可能となる。
　前記トルク制限手段２５は、前記スリップ判断手段２３がスリップしたと判断すると、前記モータ３に発生させるトルクを零にするトルク零化部２９を有しても良い。
　スリップが生じた車輪７のモータ３のトルクを零にすることで、スリップの発生が確実に解消される。
　前記トルク制限手段２５は、前記モータ３の回転速度が前記スリップをしたと判断される前の回転速度を基準に定めたスリップ判断の基準速度まで低下したか否かを判断し、低下したと判断した場合に前記モータ３に発生させるトルクを徐々に増加して回復させるトルク回復部３１を有しても良い。
　スリップが発生した駆動輪を駆動するモータ３のトルクを零にした後、急激にトルクを復元させると、車両５の急激な加速により、運転者のような乗者している人に加速感を与えるが、上記のようにトルク回復部３１がトルクを徐々に回復させる構成であると、乗者している人に加減速感を感じさせることなく快適な走行性を維持することができる。
　前記スリップ判断部２８によりスリップが発生したと判断されるよりも前に、前記カウント部２７によるカウント値が増えるに従って、前記モータ３に発生させるトルクを徐々に低減させるトルク漸減手段２４を設けても良い。
　上述の通り、本構成では、角加速度が閾値以上または閾値を超えたかの判断を設定回数行ってからスリップ発生の判断を行う。この設定回数分の判断はごく短時間で行えるが、この間に多少は車両５が進行する。そのため、スリップ発生の判断が完了しなくても、上記のようにカウント値が増えるに従って、前記モータ３に発生させるトルクを徐々に低減させることにより、早期にスリップ解消への対処が行える。また、スリップ発生と判断された場合にモータ３のトルクを零に制御するときには、それよりも前にトルクを低減しておくことで、車両５に生じる急激な速度低下が回避され、乗者している人に加減速感を感じさせることなく快適な走行性を維持することができる。設定回数に達するまでにトルクを低減させるため、実際にはスリップが生じていないにも関わらずトルクを低減させることもある。しかし、カウント値が増えるに従ってトルクを徐々に低減させるため、スリップが生じていない場合にトルクを低減させることによる走行速度の低下は緩やかである。その一方、速やかなスリップ解消の制御が行える。すなわち、カウント値が小さくてスリップの可能性の不明度が高い場合は極僅かなトルク低減を行い、カウント値が大きくなってスリップの可能性の確実度が高まるに従ってトルク低減を大きくするため、速やかなスリップ解消と無駄なトルク低減の回避とを両立させることができる。
　この発明の一構成に係る電気自動車は、前記スリップ制御装置２０を備えた前記電気自動車であって、前記モータ３，３を複数備え、前記スリップ判断手段２３および前記トルク制限手段２５が、前記モータ３ごとに設けられている。
　前記トルク制限手段２５は、前記基準速度を設定する基準速度設定部３０を有し、前記複数のモータ３，３は、左右の車輪７をそれぞれ駆動する１対のモータ３を３，３を含み、
　前記基準速度設定部３０は、
　スリップしたと判断された車輪７とは左右の反対側の車輪７がスリップしていると判断されていない場合は、この反対側の車輪７の現在の回転速度と、スリップしたと判断された車輪７に対応する前記カウント部２７によるカウントが１の際の角加速度比較時の回転速度とを比較して小さい方の回転速度を基準回転速度とし、
　スリップしたと判断された車輪７とは左右の反対側の車輪７がスリップしていると判断されている場合は、先にスリップ発生が判断された車輪７に対応する前記カウント部２７によるカウントが１の際の角加速度比較時の回転速度を基準回転速度としても良い。
　このように基準回転速度を定めることで、車輪７のグリップ、つまりスリップが解消されたことの判断が適切に行える。なお、カウント部２７によるカウントが１の際の角加速度比較時には、角加速度はある程度の大きさであっても、回転速度は未だ増加していない。したがって、この回転速度は基準回転速度に適した大きさであるといえる。
　前記モータ３は、インホイールモータ装置１１を構成するモータ３であっても良い。
　インホイールモータ装置１１では、各車輪７が個別にモータ駆動されるので、スリップの影響が大きい。そのため、前記スリップ制御による効果が、より効果的に発揮される。
　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。
この発明の一実施形態に係る、電気自動車のスリップ制御装置を備えた電気自動車駆動装置の概念構成のブロック図である。 同電気自動車駆動装置の具体例を示すブロック図である。 同電気自動車駆動装置におけるスリップ制御装置の概念構成を示すブロック図である。 同スリップ制御装置の制御動作を示す流れ図である。 同スリップ制御装置におけるトルク漸減手段でトルクを低減させる曲線の一例を示すグラフである。
　この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図１は、この実施形態に係るスリップ制御装置を備えた電気自動車駆動装置を示す。この電気自動車駆動装置は、ＶＣＵ（車両制御ユニット）１と、インバータ装置２，２とを備える。ＶＣＵ１は、車両の全体の統合制御，協調制御を行うコンピュータ式の電気制御ユニットであり、「ＥＣＵ」とも呼ばれる。インバータ装置２，２は、ＶＣＵ１から送られた駆動指令に応じ、走行駆動用の複数のモータ３，３それぞれに駆動電流を加える装置である。ＶＣＵ１とインバータ装置２，２とは、ＣＡＮ（コントロールエリアネットワーク）通信のような通信手段によって相互に信号伝達可能に接続されている。同図は、左右２輪をそれぞれモータ３，３で駆動する車両に適用した例である。モータ３は、この例では３相交流で駆動される同期モータまたは誘導モータからなる。アクセル操作センサ４ａから出力されたアクセル操作量を示す駆動指令は、ＶＣＵ１に入力され、このＶＣＵ１から各モータ３，３に対するインバータ装置２，２に分配して与えられる。
　図２は、前記電気自動車駆動装置の具体例を示す。この電気自動車は、車両５の車体に前輪となる車輪６，６、および後輪となる車輪７，７を備えた４輪の車両であり、後輪となる左右の車輪７，７がそれぞれモータ３，３で駆動される駆動輪となる。この例では、各モータ３は、車輪用軸受９および減速機１０と共に、インホイールモータ駆動装置１１を構成する。減速機１０は、モータ３の回転出力を減速して車輪用軸受９の回転輪（図示せず）に伝達する。
　ＶＣＵ１には、アクセル４のアクセル操作センサ４ａ、ブレーキ１２のブレーキ操作センサ１２ａ、およびハンドル１３の操舵センサ１３ａから、それぞれ、アクセル操作量、ブレーキ操作量、およびハンドル操作量の信号が入力される。ＶＣＵ１は、アクセル操作センサ４ａのアクセル操作量の信号に従い、前記ブレーキ操作量およびハンドル操作量の信号を加味して左右の各モータ３，３に分配すべきトルク指令値を生成し、各インバータ装置２，２に与える。各インバータ装置２，２は、バッテリ８の直流電力を交流電力のモータ駆動電流に変換すると共に、前記トルク指令に従って前記モータ駆動電流を制御する。
　この各インバータ装置２，２に、この実施形態に係る、電気自動車のスリップ制御装置２０，２０がそれぞれ設けられている。なお、これらスリップ制御装置２０，２０は、ＶＣＵ１に設けられていても良い。
　図３は、前記インバータ装置２の構成、特にスリップ制御装置２０の構成を示した機能ブロック図である。インバータ装置２には、バッテリ（図示せず）の直流電力を３相の交流電力に変換するインバータ１７と、ＶＣＵ１から与えられたトルク指令を電流指令に変換してインバータ１７の電流出力を制御するトルク制御手段１６とが設けられている。トルク制御手段１６は、モータ３のロータ（図示せず）の回転角度に応じた効率化を測るベクトル制御のような制御手段を有し、その制御のために、モータ３に設けられた回転角センサ３ａの回転角度の検出値が入力される。
　インバータ装置２の前記トルク制御手段１６は、マイクロコンピュータやその他の電子回路で構成される弱電回路部分に設けられている。この弱電回路部分に、スリップ制御装置２０が設けられている。
　このスリップ制御装置２０は、図４に流れ図で示す制御を行う装置である。図３において、スリップ制御装置２０は、閾値計算手段２１、角加速度計算手段２２、スリップ判断手段２３、トルク漸減手段２４、およびトルク制限手段２５を有する。スリップ判断手段２３は、角加速度比較部２６、カウント部２７、およびスリップ判断部２８を有する。トルク漸減手段２４は、スリップ発生を判断するよりも前にトルクを徐々に低減させるものである。トルク制限手段２５は、スリップ時にトルクを制限するものであり、トルク零化部２９、基準速度設定部３０、およびトルク回復部３１を有する。これらの各手段および各部の機能の詳細を図４の流れ図と共に説明する。
　図４に示すように、まず、スリップ判断の閾値の計算を行う（過程Ｓ１）。この閾値計算の過程（Ｓ１）では、アクセル操作センサ４ａから出力するアクセル４の操作量に応じたモータ３のノーマル角加速度、すなわちアクセル４の操作量に応じてモータ３が本来呈すべき角加速度を計算し、この計算したノーマル角加速度を閾値とする。この計算した角加速度に、適宜に定めた係数等を掛けて閾値としても良い。
　閾値についての具体例を示すと、アクセルの操作により車両に与える加速度αは次の公式で計算される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
但し、Ｔは車両５が備える全モータ３，３（図示の例では２つ）のモータトルクの和、ｍは車両５の質量、ｒは駆動輪となる車輪７のタイヤの半径である。
　前記モータトルクの和Ｔはアクセル４（図２）の操作量に対応しているため、アクセル操作センサ４ａから出力されたアクセル操作量に基づいて上記の式１および式２から角加速度・ωが得られる。そして、この得られた角加速度・ωを閾値とする。すなわち、上記式２の角加速度・ωは、スリップが生じていない場合にモータ３が呈すべき角加速度である。
　この過程Ｓ１の処理を行う手段が前記閾値演算手段２１である。
　回転速度観測の過程（Ｓ２）では、モータ３の回転角を回転角センサ３ａで測定し、加速度計算過程（Ｓ３）では、その測定した回転角度を２回微分して角加速度を求める。この過程Ｓ２，Ｓ３の処理を行う手段が前記角加速度計算手段２２である。
　回転角センサ３のみを用い、高価なセンサである加速度センサを用いないため、コスト低下が図れるが、上記のように２回微分した値は、ばらつきが大きくてそのままでは使えないため、次のように連続複数回の判断でスリップ判断を行う。
　角加速度の閾値に対する判断過程（Ｓ４）では、過程Ｓ３で計算した角加速度が、過程Ｓ１で求めた閾値を超えたか否かを判断する。閾値以上であるか否かで判断を行っても良い。閾値を超えていない場合は、スリップを生じていないため、カウンタ２７ａ（図３）を零にリセットしてからリターンし、過程Ｓ１からの処理を再開する。この再開時は、カウント値が零である。
　過程Ｓ４で閾値を超えた場合は、スリップにより角加速度が大きくなった可能性があるため、次のスリップ判断のために前記カウンタ２７ａをインクリメントする（Ｓ５）。
　このカウンタ２７ａのカウント値が、設定回数Ｎに達したか否か（図示の例ではカウント値Ｎ＝１５である）を判断し、設定回数に達していない場合はリターンし、過程Ｓ１から処理を再開する。この再開時は、カウンタ２７ａがリセットされていないので、前回に更新されたカウント値を維持したままで再開する。なお、逐次減速の過程（Ｓ６）は後に説明する。
　このように角加速度が閾値を超えた否かの判断（Ｓ４）と、閾値を超えた場合に設定回数に達したか否かの判断（Ｓ１５）を繰り返す。角加速度が閾値を超えなかった場合は、上記のようにカウンタ２７ａがリセットされる（Ｓ１３）ので、設定回数に達したか否かの判断（Ｓ１５）は、連続して閾値を超えた回数をカウントすることになる。カウント値が設定回数Ｎに達すると、スリップしたと判断し、スリップ解消のための過程Ｓ８に進む。
　このように、角加速度が閾値を超えることが設定回数Ｎだけ連続した場合にスリップ発生と判断するため、回転角センサ３を２回微分して得た角加速度によりスリップ発生を判断しても、確実なスリップ発生を判断できる。
　前記角加速度の閾値に対する判断過程（Ｓ４）を行う手段が前記角速度比較部２６であり、前記カウンタ加算の過程（Ｓ５）およびカウンタリセットの過程（Ｓ１３）を行う手段が前記カウント部２７である。前記設定回数に達したか否かの判断過程（Ｓ７）を行う手段が前記スリップ判断部２８である。これら角速度比較部２６、カウント部２７、およびスリップ判断部２８により、前記スリップ判断手段２８が構成される。
　スリップしたと判断され、過程Ｓ８に進むと、スリップの解消のために、モータ３に発生させるトルクを零にするように、トルク制御手段１６に指令を与える。この過程Ｓ８のトルクを零にする処理を行う手段が前記トルク零化部２９である。スリップが生じた車輪のモータのトルクを零にするため、スリップの発生が確実に解消される。また、モータ３のトルクを制御してスリップを解消するため、エンジンやブレーキを制御してスリップを解消するものと異なり、応答性が良く、速やかな制御が可能となる。
　過程Ｓ８では、トルクを零にする処理の他に、トルク回復判断の基準値を得るために、前記設定回数Ｎまでカウントされたカウントが１の際の角加速度比較時（Ｓ４）の回転速度を所定の記憶領域に記録する。なお、角加速度比較時（Ｓ４）における閾値を超えた場合の回転速度は、常に記憶しておき、過程Ｓ８では、その連続Ｎ回のうちの最初の回転速度を基準速度設定のための所定の記憶領域に記録する。
　この後、基準速度設定過程Ｓ９で、トルク回復の判断のための基準回転速度を設定する。なお、図４では「基準回転数」と称しているが、この明細書で言う「回転数」と「回転速度」とは同義である。
　基準回転速度は、次のように設定する。
　片輪がスリップした場合、すなわち、スリップしたと判断された車輪７とは左右の反対側の車輪７がスリップしたと判断されていない場合は、この反対側の車輪７の現在の回転速度と、スリップしたと判断された車輪７の前記の記録した、カウントが１の際の角加速度比較時の回転速度とを比較し、小さい方の回転速度を基準回転速度とする。
　両輪共スリップした場合、すなわち、スリップしたと判断された車輪７とは左右の反対側の車輪７もスリップしたと判断されている場合は、先にスリップ発生が判断された車輪７の前記カウント部２７によりカウントされたカウントが１の際の角加速度比較時の回転速度を基準回転速度とする。この基準速度設定過程Ｓ９の処理を行う手段が、基準回転速度設定部３０である。
　このように基準回転速度を設定した後、回転角センサ３ａ（図３）の検出値より得られる現在の車輪７の回転速度と前記基準回転速度とを比較し（Ｓ１０）、現在の回転速度が基準回転速度よりも大きい場合は、スリップがまだ解消していないと判断する。すなわち、車輪７がまだグリップしていないと判断する。現在の回転速度が基準回転速度以下となった場合は、スリップが回復した、すなわち車輪７がグリップしたと判断する。簡単に言えば、現在の回転速度がスリップする前の回転速度まで低下した場合に、車輪７がグリップしたと判断する。
　スリップがまだ解消していないと判断した場合は、トルクを零に保持し（Ｓ１１）、リターンする。なお、基準速度設定過程Ｓ９の直前または直後に戻っても良い。前記比較過程Ｓ１０でスリップが解消していると判断した場合は、トルクを徐々に回復させる。
　例えば、トルクを僅かな設定量（例えば０．１Ｎｍ）だけ増加して回復させ（Ｓ１２）、その後にリターンするか、または基準速度設定過程Ｓ９の直前または直後に戻る。
　このようにして、再度、現在の回転速度と基準回転速度との比較を行い（Ｓ１０）、スリップが解消していると判断した場合は、再度、前記の僅かな設定量だけトルクを増加して回復させる（Ｓ１２）。これら判断過程Ｓ１０、およびトルクを僅かな設定量だけ回復させる過程Ｓ１２により、前記トルク回復部３１が構成される。
　スリップが発生したモータ３のトルクを零にした後、急激にトルクを復元させると、車両の急激な加速により、運転者のような乗者している人に加速感を与えるが、上記のようにトルク回復部３１がトルクを徐々に増加して回復させる構成であると、乗者している人に加減速感を感じさせることなく快適な走行性を維持することができる。
　前記トルク零化部２９、基準速度設定部３０、およびトルク回復部３１により、トルク制限手段２５が構成される。
　次に、前記逐次減速過程Ｓ６につき説明する。この過程Ｓ６は、スリップ判断過程Ｓ７でカウント値が設定回数Ｎを超え、スリップしたと判断されるよりも前の段階で、角加速度が一度でも閾値を超えたと判断された段階、つまりスリップ傾向が検出された段階で、前記カウント部２７によるカウント値が増えるに従って、モータ３に発生させるトルクを徐々に低減させる過程である。すなわち、アクセル操作量に応じて本来指令されるトルク値に対して、トルク制御手段１６に指令するトルク値を低減させ、モータ３を駆動するトルク値を小さくする。
　例えば、図５に曲線で示すように、非線形方程式で示される曲線Ａに従って、アクセル操作量に対応するトルク値に対して、モータ３を駆動するトルク値を低減する。具体的には、カウント値が小さいうちは低減の程度が小さく、カウント値が増えるに従って低減の程度が大きく、かつカウント値の大きさに応じてトルクの変化の割合が大きい。前記曲線Ａは、例えば２次曲線とする。３次以上の曲線であっても良いが、計算の簡易さと得られる効果とを対比すると、２次曲線が好ましい。
　この逐次減速過程Ｓ６の処理を行う手段が、トルク漸減手段２４である。
　上記のように、この実施形態では、角加速度が閾値以上または閾値を超えたかの判断（Ｓ４）を設定回数行ってスリップの判断を行う（Ｓ７）。この設定回数分の判断はごく短時間で行えるが、この間に多少は車両が進行する。しかし、スリップ判断が完了しなくても、上記のようにカウント値が増えるに従って、前記モータ３に発生させるトルクを徐々に低減させることにより、早期にスリップ解消への対処が行える。また、スリップ発生と判断された場合にモータ３のトルクを零に制御するときには（Ｓ８）、それよりも前にトルクを低減しておくことで、車両に生じる急激な速度低下が回避され、加減速感を感じさせることなく快適な走行性を維持することができる。設定回数に達するまでにトルクを低減させるため、実際にはスリップが生じていないにも関わらずトルクを低減させることもある。しかし、カウント値が増えるに従ってトルクを徐々に低減させるため、スリップが生じていない場合にトルクを低減させることによる走行速度の低下は緩やかである。その一方、速やかなスリップ解消の制御が行える。すなわち、カウント値が小さくてスリップの可能性の不明度が高い場合は極僅かなトルク低減を行い、カウント値が大きくなってスリップの可能性の確実度が高まるに従ってトルク低減を大きくするため、速やかなスリップ回避と無駄なトルク低減の回避とを両立させることができる。
　また、この実施形態に係るスリップ制御装置を、インホイールモータ装置１１を有する車両に適用するものとしたが、インホイールモータ装置１１では、各車輪７が個別にモータ駆動されるので、スリップの影響が大きい。そのため、この実施形態に係るスリップ制御装置によるスリップ制御による効果が、より効果的に発揮される。
３…モータ
３ａ…回転角センサ
４…アクセル
５…車両
６，７…車輪
２０…スリップ制御装置
２１…閾値計算手段
２２…角加速度計算手段
２３…スリップ判断手段
２５…トルク制限手段
２６…角加速度比較部
２７…カウント部
２８…スリップ判断部

Claims (8)

  1. 　走行駆動用の電動のモータを少なくとも１つ備えた車両である電気自動車に設けられ、当該電気自動車のスリップ制御を行うスリップ制御装置であって、
    　アクセルの操作量に応じた前記モータのノーマル角加速度を計算し、この計算したノーマル角加速度を基にスリップ判断のための閾値を計算する閾値計算手段と、
    　前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段の検出値から前記モータの角加速度を計算する角加速度計算手段と、
    　前記モータで駆動される車輪がスリップしたことを判断するスリップ判断手段であって、
    　　前記角加速度計算手段で計算された角加速度と前記閾値とを比較して、前記角加速度が前記閾値を超えたかまたは前記閾値以上になったか否かを判断する角加速度比較部、
    　　この角加速度比較部により前記閾値以上または閾値を超えたとされる判断が連続する回数をカウントするカウント部、および
    　　このカウント部によりカウントされた回数が設定値に達するとスリップしたと判断するスリップ判断部を有する、スリップ判断手段と、
    　このスリップ判断手段でスリップしたと判断された場合に、前記モータに発生させるトルクを制限するトルク制限手段とを備えた、電気自動車のスリップ制御装置。
  2. 　請求項１に記載の電気自動車のスリップ制御装置において、前記回転速度検出手段は、前記モータの回転角を測定する回転角センサを有し、この回転角センサによって測定された回転角を微分して、前記回転速度を検出する、電気自動車のスリップ制御装置。
  3. 　請求項１または２に記載の電気自動車のスリップ制御装置において、前記トルク制限手段は、前記スリップ判断手段がスリップしたと判断すると、前記モータに発生させるトルクを零にするトルク零化部を有する、電気自動車のスリップ制御装置。
  4. 　請求項３に記載の電気自動車のスリップ制御装置において、前記トルク制限手段は、前記モータの回転速度が前記スリップをしたと判断される前の回転速度を基準に定めたスリップ判断の基準速度まで低下したか否かを判断し、低下したと判断した場合に前記モータに発生させるトルクを徐々に増加して回復させるトルク回復部を有する電気自動車のスリップ制御装置。
  5. 　請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の電気自動車のスリップ制御装置において、前記スリップ判断部によりスリップが発生したと判断されるよりも前に、前記カウント部によるカウント値が増えるに従って、前記モータに発生させるトルクを徐々に低減させるトルク漸減手段を設けた電気自動車のスリップ制御装置。
  6. 　請求項１ないし請求項５に記載のスリップ制御装置を備えた前記電気自動車であって、
    　前記モータを複数備え、
    　前記スリップ判断手段および前記トルク制限手段が、前記モータごとに設けられている、電気自動車。
  7. 　請求項６に記載の電気自動車において、
    　前記トルク制限手段は、前記基準速度を設定する基準速度設定部を有し、
    　前記複数のモータは、左右の車輪をそれぞれ駆動する１対のモータを含み、
    　前記基準速度設定部は、
    　スリップしたと判断された車輪とは左右の反対側の車輪がスリップしていると判断されていない場合は、この反対側の車輪の現在の回転速度と、スリップしたと判断された車輪に対応する前記カウント部によるカウントが１の際の角加速度比較時の回転速度とを比較して小さい方の回転速度を基準回転速度とし、
    　スリップしたと判断された車輪とは左右の反対側の車輪がスリップしていると判断されている場合は、先にスリップ発生が判断された車輪に対応する前記カウント部によるカウントが１の際の角加速度比較時の回転速度を基準回転速度とする、
    　電気自動車。
  8. 　請求項６または請求項７に記載の電気自動車において、前記モータは、それぞれ、インホイールモータ装置を構成するモータである電気自動車。
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