WO2016093102A1 - 車両の制駆動力制御装置 - Google Patents

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    • Y02T10/72Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a braking / driving force control device for a vehicle of, for example, an in-wheel motor system, and more particularly to a technique for performing slip ratio control for preventing wheels from locking or spinning.
  • This in-wheel motor vehicle has a feature that the driving torque or braking torque applied to each wheel can be individually controlled.
  • Patent Document 1 a control device that performs anti-lock brake control using an electric brake (regenerative brake) of an in-wheel motor has been proposed (for example, Patent Document 1).
  • a vehicle controller calculates a motor torque command value from information such as a vehicle speed sensor, an accelerator sensor, and a brake sensor, sends the calculated command value to the motor controller, and the motor controller controls the motor.
  • an in-wheel motor vehicle is characterized by a faster response than a so-called on-board vehicle in which a motor is mounted on a spring of the vehicle and the motor and wheels are connected by a drive shaft to transmit torque.
  • a so-called on-board vehicle in which a motor is mounted on a spring of the vehicle and the motor and wheels are connected by a drive shaft to transmit torque.
  • the communication speed between the vehicle controller and the motor controller does not have a sufficient speed for the responsiveness of the in-wheel motor, the responsiveness is limited by the communication speed, and as a result, high responsiveness cannot be realized. There is a problem. Further, if the communication speed is increased in order to ensure responsiveness, the entire system becomes expensive, and there is a risk that failure resistance is reduced due to noise.
  • the slip control can be performed without being restricted by the communication speed between the vehicle controller and the motor controller.
  • the slip ratio control is always executed. For this reason, when slip control is performed on an unpaved road surface such as a frozen road surface or a gravel road, the slip control is performed even when the braking distance is longer than when the tire is locked. Further, when slip control is always performed, there is a problem that the tire may be repeatedly locked and unlocked at the moment when the wheel springs up when traveling on an uneven road surface, and vibration may occur.
  • An object of the present invention is to determine whether slip rate control is necessary in a vehicle equipped with motors that individually drive a plurality of wheels, according to whether or not slip rate control is necessary.
  • a braking / driving force control device for a vehicle capable of ensuring responsiveness of motor control and performing accurate slip ratio control even when the communication speed between the vehicle controller and the motor controller is slow is provided. That is.
  • the vehicle braking / driving force control apparatus includes a motor 6 for individually driving a plurality of wheels 1 to 4, and controls the braking / driving force applied to each wheel 1 to 4.
  • a driving force control device comprising: A vehicle controller 9 having a torque command value speed calculation unit 10 for calculating a torque command value T i and a vehicle speed V i at each wheel position; This is connected via a communication line 13 to the vehicle controller 9, a motor controller 8b having a basic control unit 25 for controlling to generate a torque of the torque command value T i calculated in the vehicle controller 9, A rotation sensor 14 for detecting the rotation speed of the motor 6; With The vehicle controller 9 The necessity of slip ratio control is determined using the wheel speed calculated from the rotation speed detected by the rotation sensor 14 and the vehicle speed V i at each wheel position calculated by the torque command value speed calculation unit 10.
  • the slip rate is corrected in accordance with standards established torque command value T i to the motor 6 inputted to the basic control unit 25
  • a slip ratio control unit 26 that performs control is provided.
  • the rotation speed is a rotation angle of the motor rotor per unit time, that is, a motor rotation speed.
  • the predetermined standard is determined by the results of tests, simulations, and the like. Wherein the vehicle speed V i at each wheel position, vehicle speed of the vehicle center of gravity points, yaw rate, side slip angle, and the steering angle of each wheel, a vehicle speed obtained by adding the like.
  • the torque command value speed calculation unit 10 of the vehicle controller 9 calculates a torque command value from, for example, an accelerator pedal signal, a brake pedal signal, and other vehicle information.
  • the torque command value speed calculation unit 10 calculates the vehicle speed at each wheel position from vehicle information such as the vehicle speed at the center of gravity, the yaw rate, and the skid angle, for example.
  • the basic control unit 25 of the motor controller 8b performs control so that the torque command value calculated by the vehicle controller 9 is generated.
  • the slip ratio control necessity determination unit 24 of the vehicle controller 9 uses the wheel speed calculated from the rotation sensor signal and the vehicle speed at each wheel position calculated by the torque command value speed calculation unit 10 to control the slip ratio. Whether or not is necessary is determined. If it is determined that the slip ratio control is unnecessary, the basic control unit 25 performs control so as to generate the torque command value calculated by the vehicle controller 9. The state in which the slip ratio control is not performed is referred to as “normal mode”.
  • slip ratio control unit 26 in the motor controller 8b corrects the torque command value input to the basic control unit 25 according to a predetermined standard. Slip rate control is performed. The state in which the slip ratio control is performed is referred to as “slip ratio control mode”.
  • the slip ratio control mode since the motor controller 8b performs slip ratio control, even when the communication speed of the communication line 13 between the vehicle controller 9 and the motor controller 8b is slow, the slip ratio control is performed at a sufficient speed. It can be performed.
  • the torque command value, vehicle speed, and the like used for slip ratio control can only have responsiveness depending on the communication speed, but generally the responsiveness of the vehicle motion is lower than the responsiveness of the rotational motion of the motor 6. For this reason, the control according to a vehicle behavior is realizable by setting communication speed faster than the speed corresponding to the responsiveness of vehicle motion.
  • the vehicle controller 9 determines whether or not slip rate control is necessary according to the vehicle state, road surface condition, and the like, and can select whether slip rate control is possible or not, for example, a method that does not execute slip rate control such as a frozen road surface or a gravel road However, it is possible to prevent an increase in the braking distance on the road surface where the stopping distance can be shortened.
  • the slip ratio control unit 26 uses the wheel speed calculated from the rotation speed detected by the rotation sensor 14 and the vehicle speed at each wheel position calculated by the torque command value speed calculation unit 10 to determine the slip ratio. And the correction torque is added to or subtracted from the torque command value input to the basic control unit 25 so that the absolute value of the calculated slip ratio does not exceed the determined absolute value of the target slip ratio. It is good also as what performs slip ratio control.
  • the determined target slip ratio is determined by a result of a test, simulation, or the like using road surface information. In the normal mode in which the slip ratio control is not performed, the vehicle controller 9 does not need to transmit the vehicle speed and the target slip ratio at each wheel position to the motor controller 8b. The communication load can be reduced.
  • the motor controller 8b may perform the slip ratio control by the slip ratio control unit 26 by receiving the vehicle speed or the target slip ratio at each wheel position.
  • the transition command to the slip ratio control mode can be omitted, and the communication load can be reduced.
  • Vehicle speed is essential for slip ratio control. Therefore, the vehicle controller starts transmitting the vehicle speed (and the target slip ratio) without sending the vehicle speed (and the target slip ratio) after transmitting the command to shift to the slip ratio control mode.
  • the shift command can be omitted if the shift to the slip ratio control mode is made.
  • the target slip ratio need not be transmitted when the motor controller stores it as a constant. However, when the target slip ratio is changed according to the steering angle or the vehicle behavior, more stable control can be realized than in the case of constant (the above constant).
  • the slip ratio control necessity determination unit 24 and the slip ratio control unit 26 calculate wheel speeds from the rotation speed detected by the rotation sensor 14 using a low-pass filter LPF, respectively, and the slip ratio control unit 26
  • the time constant of the low-pass filter LPF used in step S1 may be smaller than the time constant of the low-pass filter LPF used in the slip ratio control necessity determination unit 24. In this case, the delay in wheel speed can be reduced, and the response of slip ratio control can be improved.
  • a steering angle sensor Sa that detects the steering angle of the vehicle is provided, and the vehicle controller 9 calculates the target slip ratio according to the steering angle detected by the steering angle sensor Sa, and the calculated target slip ratio. May be transmitted to the motor controller 8b via the communication line 13.
  • the target slip ratio used for the slip ratio control can only have responsiveness depending on the communication speed of the communication line 13, but the responsiveness of the vehicle motion is lower than the responsiveness of the rotational motion of the motor 6 as described above. By setting the communication speed faster than the speed corresponding to the responsiveness of the vehicle motion, the control according to the vehicle behavior can be realized.
  • the communication cycle of the communication line 13 may be set lower than the response of the motor 6 and higher than the response of the vehicle. By setting the communication cycle to be slower than the response of the motor 6, it is possible to reduce the cost of the entire system and to prevent the failure resistance due to noise from being lowered. Control according to vehicle behavior can be realized by setting the communication cycle to be faster than the response of the vehicle.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a system configuration of a braking / driving force control device for a vehicle according to an embodiment of the present invention in a plan view. It is sectional drawing of the in-wheel motor drive device of the vehicle. It is a control block diagram of the braking / driving force control device. It is a control block diagram of the braking / driving force control device.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the system configuration of the braking / driving force control device for a vehicle in plan view.
  • a four-wheel independent drive vehicle in which left and right front wheels 1 and 2 and left and right rear wheels 3 and 4 are independently driven by a motor 6 is applied as a vehicle on which a braking / driving force control device is mounted. Is done.
  • Each motor 6 constitutes an in-wheel motor drive device IWM described later.
  • the left and right front wheels 1 and 2 can be steered by a steering mechanism (not shown) and are steered by a steering mechanism via the steering mechanism.
  • This vehicle is provided with a friction brake 5 (FIG. 2) for applying a braking force by friction to the wheels 1 to 4.
  • the vehicle control system includes an ECU 7 and an inverter device 8.
  • the ECU 7 includes a computer having a processor, a ROM (Read Only Memory) having a program executed by the processor, and various electronic circuits such as a RAM (Random Access Memory) and a coprocessor (Co-Processor). .
  • the ECU 7 is, for example, an electric control unit that performs cooperative control and overall control of the entire vehicle, and includes a vehicle controller 9.
  • the vehicle controller 9 has a torque command value speed calculation unit 10 (FIGS. 3A and 3B) that calculates an appropriate torque command value according to various sensor signals and calculates a vehicle speed at each wheel position.
  • the torque command value speed calculation unit 10 (FIGS. 3A and 3B) includes an acceleration command (for example, an accelerator pedal signal) from the accelerator pedal 11, a deceleration command (for example, a brake pedal signal) from the brake pedal 12, and other vehicle information. Is entered. Torque command value speed calculation unit 10, which is a braking-driving command corresponding to the difference between the acceleration command and the deceleration command torque command value T i, is distributed to each motor 6 through a respective inverter device 8 (FIG. 1).
  • the inverter device 8 includes an inverter 8a provided for each motor 6 as shown in FIG. 3, and a motor controller 8b for controlling the inverter 8a.
  • Each inverter 8a can control motor torque independently.
  • the motor controller 8b has a function of outputting information such as detection values and control values related to the in-wheel motor drive device IWM to the vehicle controller 9 of the ECU 7, for example.
  • the motor controller 8b and the vehicle controller 9 are connected by a CAN (control area network) communication line 13 to transmit information to each other.
  • CAN control area network
  • Motor controller 8b converts the torque command value T i given from the vehicle controller 9 to the current command pulse width modulating the current command.
  • the inverter 8a includes a plurality of semiconductor switching elements, and each semiconductor switching element is given an on / off command in accordance with the modulated current command.
  • inverters 8a and 8a corresponding to the left and right front wheels 1 and 2 are integrally provided on the vehicle body
  • motor controllers 8b and 8b corresponding to the left and right front wheels 1 and 2 are integrally provided on the vehicle body. It has been. The same applies to the left and right rear wheels 3 and 4.
  • the steering angle sensor Sa that detects a steering angle
  • a vehicle speed detection unit Sb that detects a vehicle speed
  • a yaw rate sensor Sc that detects a yaw rate
  • a side slip angle detection unit Sd that detects a side slip angle.
  • the steering angle sensor Sa, the vehicle speed detection unit Sb, the yaw rate sensor Sc, and the skid angle detection unit Sd are each electrically connected to the vehicle controller 9.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the in-wheel motor drive device IWM.
  • Each in-wheel motor drive unit IWM includes a motor 6, a speed reducer 15, and a wheel bearing 16, and a part or all of these are arranged in the wheel.
  • the rotation of the motor 6 is transmitted to the wheels 1 (2 to 4) via the speed reducer 15 and the wheel bearing 16.
  • a brake rotor 17 is fixed to the flange portion of the hub wheel 16a of the wheel bearing 16, and the brake rotor 17 rotates integrally with the wheels 1, (2 to 4).
  • the motor 6 is, for example, an embedded magnet type synchronous motor in which a permanent magnet is built in the core portion of the rotor 6a.
  • the motor 6 is a motor in which a radial gap is provided between a stator 6 b fixed to a housing 18 and a rotor 6 a attached to the rotation output shaft 19.
  • This braking / driving force control device includes a vehicle controller 9, a motor controller 8 b, and a rotation sensor 14.
  • the vehicle controller 9 includes a torque command value calculation unit 20, a vehicle speed estimation unit 21, a target slip rate calculation unit 22, a slip rate calculation unit 23, and a slip rate control necessity determination unit 24.
  • the torque command value calculation unit 20 and the vehicle speed estimation unit 21 are collectively referred to as “torque command value speed calculation unit 10”.
  • a control rule such as yaw moment control or skid prevention control.
  • the vehicle speed estimation unit 21 uses the above-described embodiment model, and the vehicle speed u and ⁇ at the center of gravity of the vehicle detected by the vehicle speed detection unit Sb and the yaw rate sensor Sc as shown in the following equation.
  • u is the longitudinal speed of the center of gravity
  • d is the wheel tread
  • ⁇ i is the steering angle
  • is the lateral speed of the center of gravity
  • l f and l r are the distances l between the vehicle center of gravity and the front axle, respectively.
  • f the distance l r between the vehicle center of gravity and the rear axle
  • utan ⁇ .
  • the longitudinal speed u of the center of gravity point may be estimated from a wheel speed ⁇ described later.
  • the side slip angle ⁇ may be estimated from the yaw rate ⁇ , the lateral acceleration G y, or the like.
  • the target slip ratio calculation unit 22 in the vehicle controller 9 receives the input of the steering angle detected by the steering angle sensor Sa using the above-described embodiment model, and calculates the target slip ratio S i * . It consists of a hardware circuit that can be operated and output or a software function on the processor. Specifically, the slip rate calculation unit 23 is estimated by the vehicle speed estimation unit 21 by using the above-described realization model and the wheel speed ⁇ i obtained by differentiating the rotation angle detected by the rotation sensor 14. in response to input of the vehicle speed V i at each wheel position, and a software function on a hardware circuit or processor capable of outputting the computed slip ratio.
  • the slip ratio control necessity determination unit 24 uses the above-described realization model, a predetermined comparison function or a conditional branch function stored in the software library, hardware equivalent thereto, or the like.
  • the road surface information is road surface state information, and specifically indicates a high ⁇ road, a frozen road surface, a gravel road, and the like.
  • slip ratio control necessity determination unit 24 for example, when the slip ratio is lower than the target slip ratio, it is determined that the slip ratio control is unnecessary, and when the slip ratio is likely to exceed the target slip ratio, the slip ratio control is necessary. judge. Further, even if the slip ratio control necessity determination unit 24 exceeds the target slip ratio, if the slip ratio such as the frozen road surface or the gravel road is performed from the road surface information, the braking distance becomes longer than when the tire is locked. If it is assumed, it is determined that slip ratio control is unnecessary. A road surface friction coefficient is estimated from motor torque, wheel speed, etc., and a road surface state is estimated from this road surface friction coefficient.
  • the vehicle controller 9 When the slip ratio control necessity determination unit 24 has determined to be unnecessary a slip rate control, the vehicle controller 9, the torque command value T i calculated by the torque command value calculating unit 20, the basic control of the motor controller 8b 25. As shown in FIG. 3A, the basic control unit 25 controls so as to generate a torque of the torque command value T i calculated in the vehicle controller 9 is a "motor drive circuit". The state in which the slip ratio control is not performed is referred to as “normal mode”.
  • slip rate control necessity determination unit 24 determines that the slip rate control is necessary, as shown in FIG. 3B, the slip rate control unit 26 in the motor controller 8b shifts to the “slip rate control mode” in which the slip rate control is performed. To do.
  • the slip ratio control unit 26 is provided in the basic control unit 25. The slip ratio control unit 26 corrects the torque command value input to the basic control unit 25 in the slip ratio control mode as follows.
  • Slip rate control unit 26 receives the vehicle speed V i at each wheel position estimated by the vehicle speed estimation unit 21 of the vehicle controller 9 (referred to as "actual slip rate") S i is calculated. Where r is the tire radius.
  • the slip ratio control section 26 uses the wheel speed ⁇ i calculated from the rotation speed detected by the rotation sensor 14 and the vehicle speed V i at each wheel position, to determine the actual slip ratio.
  • S i is calculated, and the absolute value of the actual slip ratio S i is compared with the absolute value of the target slip ratio S i * received from the target slip ratio calculation unit 22.
  • the wheel speed ⁇ i is calculated by the wheel speed calculation unit 27 in the motor controller 8b.
  • the wheel speed calculation unit 27 calculates the wheel speed ⁇ i from the rotation speed detected by the rotation sensor 14 using a low-pass filter LPF.
  • the slip ratio control unit 26 adds or subtracts a correction torque ⁇ T i to the received torque command value T i so that the absolute value of the actual slip ratio S i does not exceed the absolute value of the target slip ratio S i * , and the slip ratio. Perform feedback control.
  • the correction torque ⁇ T i is expressed by the following equation.
  • ⁇ T i K P ⁇ s i + K I ⁇ s i + K D ( ⁇ s i (n ⁇ 1) ⁇ s i (n))
  • ⁇ s i is a deviation between the target slip ratio S i * and the actual slip ratio S i
  • K P , K I , and K D are gain constants of proportional calculation, integral calculation, and differential calculation, respectively.
  • the motor controller 8b transmits the corrected actual torque command value to the vehicle controller 9.
  • the slip ratio control mode since the motor controller 8b performs the slip ratio control, even when the communication speed of the CAN communication line 13 between the vehicle controller 9 and the motor controller 8b is low, the slip ratio control is performed at a sufficient speed. It can be carried out.
  • the calculation cycle when the motor controller 8b performs the slip ratio control is, for example, several hundred ⁇ s, whereas the communication speed (communication cycle) of the CAN communication line 13 is tens of ms.
  • the torque command value T i used for slip ratio control, the vehicle speed V i at each wheel position, and the target slip ratio S i * can only have responsiveness depending on the communication speed, but generally the responsiveness of vehicle motion is It is lower than the responsiveness of the rotational motion of the motor 6.
  • control according to the vehicle behavior can be realized by setting the communication speed faster than the speed corresponding to the response of the vehicle motion. Therefore, when it is determined that the slip ratio control is necessary, even if the communication speed between the vehicle controller 9 and the motor controller 8b may be slow, the control response of the motor 6 is ensured and the slip ratio control with high accuracy is performed. It can be carried out.
  • the vehicle controller 9 determines whether or not slip rate control is necessary according to the vehicle state, road surface condition, and the like, and can select whether slip rate control is possible or not, for example, a method that does not execute slip rate control such as a frozen road surface or a gravel road
  • the target slip ratio may be stored in the motor controller 8b as a preset constant. In this case, the target slip ratio calculation unit 22 may be unnecessary, and the target slip ratio S i * may not be transmitted from the vehicle controller 9 to the motor controller 8b.
  • the vehicle controller 9 transmits only the torque command value to the motor controller 8b. Therefore, the communication amount is small compared to the slip ratio control mode, and the communication load can be reduced. In the normal mode, since the motor controller 8b outputs a torque equivalent to the torque command value, the vehicle controller 9 can grasp the actual torque that is the actual torque without receiving it from the motor controller 8b.
  • the vehicle controller 9 receives the corrected torque (actual torque) command value from the motor controller 8b.
  • the time constant of the low-pass filter LPF used for calculating the wheel speed is made smaller than that in the normal mode. Thereby, the delay of wheel speed can be reduced and the responsiveness of slip ratio control can be improved.
  • the motor 6 of the in-wheel motor drive device IWM generates torque as instructed by the vehicle controller 9 during normal travel that does not require slip ratio control.
  • the motor controller 8b performs slip ratio control with high accuracy so that the actual slip ratio does not exceed the target slip ratio, and the lock and spin of the wheels 1 to 4 can be prevented.
  • the in-wheel motor drive device IWM is a so-called direct motor type in which a cycloid reducer, a planetary reducer, a two-axis parallel reducer, and other reducers can be applied. Also good. Further, the communication line is not necessarily limited to the CAN communication line.

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Abstract

 複数の車輪をそれぞれ個別に駆動するモータを備えた車両において、スリップ率制御の要否に応じて制御系を切替えることができ、また、スリップ率制御が必要と判定された場合に、車両コントローラとモータコントローラ間の通信速度が遅い場合であっても、モータの制御の応答性を確保し精度の良いスリップ率制御を行うことができる車両の制駆動力制御装置を提供する。車両コントローラ(9)は、車輪速と、トルク指令値速度算出部(10)で算出された各車輪位置での車速とを用いて、スリップ率制御の要否を判定するスリップ率制御要否判定部(24)を有する。モータコントローラ(8b)は、スリップ率制御要否判定部(24)でスリップ率制御必要と判定されると、基本制御部(25)に入力されるモータへのトルク指令値を補正するスリップ率制御を行うスリップ率制御部(26)を有する。

Description

車両の制駆動力制御装置 関連出願
 本出願は、2014年12月8日出願の特願2014-247572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、例えば、インホイールモータ方式の車両の制駆動力制御装置に関し、特に車輪がロックまたはスピンするのを防止するスリップ率制御を行う技術に関する。
 近年、電気自動車の一形態として、車輪のホイールにモータを組み込み、車輪をモータで直接駆動する、いわゆるインホイールモータ方式の車両が開発されている。このインホイールモータ方式の車両は、各車輪に付与する駆動トルクもしくは制動トルクを個別に制御できるという特徴を持つ。
 (1)従来例1
 この特徴を活かし、インホイールモータの電気式ブレーキ(回生ブレーキ)を利用してアンチロックブレーキ制御を行う制御装置が提案されている(例えば、特許文献1)。この従来例1では、車両コントローラが車速センサ、アクセルセンサ、ブレーキセンサ等の情報からモータトルク指令値を演算し、演算された指令値をモータコントローラへ送り、モータコントローラがモータの制御を行う。
 (2)従来例2
 また、インホイールモータの駆動トルクを抑制してトラクション制御を行う制御装置が提案されている(例えば、特願2013-142303)。この従来例2では、モータコントローラがアクセルセンサ、モータ回転角度センサ等の情報からモータトルク指令値を演算し、当該モータコントローラがモータの制御を行う。
特許第3972535号公報
 上記の従来例1では、車両コントローラで演算されたモータトルク指令値を車両コントローラからモータコントローラへ送る際、車両コントローラとモータコントローラ間の通信速度が遅い場合、通信によってモータトルク指令値に遅れが生じ、モータコントローラが行うモータの制御が遅れてしまうという問題がある。
 特に、インホイールモータ方式の車両は、モータを車両のばね上に搭載しモータと車輪をドライブシャフトで接続してトルクを伝達するいわゆるオンボード方式の車両と比較して、応答が速いという特徴を持つ。しかし、車両コントローラとモータコントローラ間の通信速度がインホイールモータの応答性に対して十分な速度を持っていない場合、通信速度により当該応答性が制限されてしまい、結果として高い応答性を実現できないという課題がある。また、応答性を確保するため通信速度を上げるとシステム全体が高コストとなり、またノイズによる耐フェール性の低下を招く恐れがある。
 上記の従来例2では、モータコントローラがモータのスリップ制御を行うため、車両コントローラとモータコントローラ間の通信速度に制約されずにスリップ制御を行うことができる。しかし、従来例1の課題解決のため、従来例2のモータコントローラによるスリップ率制御を制動時に適用すると、常にスリップ率制御が実行される。このため、凍結路面や砂利道などの非舗装路面などでスリップ制御を行うと、タイヤをロックさせた場合より制動距離が長くなる場合においても、スリップ制御が実行されてしまう。また、常にスリップ制御を行うと、凹凸路面の走行時に車輪が跳ね上がった瞬間にタイヤがロックとロック解除を繰り返す状態となり、振動が発生する恐れがあるという課題もある。
 この発明の目的は、複数の車輪をそれぞれ個別に駆動するモータを備えた車両において、スリップ率制御の要否に応じて制御系を切替えることができ、また、スリップ率制御が必要と判定された場合に、車両コントローラとモータコントローラ間の通信速度が遅い場合であっても、モータの制御の応答性を確保し精度の良いスリップ率制御を行うことができる車両の制駆動力制御装置を提供することである。
 以下、この発明について、理解を容易にするために、便宜上実施形態の符号を参照して説明する。
 この発明の車両の制駆動力制御装置は、複数の車輪1~4をそれぞれ個別に駆動するモータ6を備えた車両において、各車輪1~4に与えられた制駆動力を制御する車両の制駆動力制御装置であって、
 トルク指令値Tおよび各車輪位置での車速Vを算出するトルク指令値速度算出部10を有する車両コントローラ9と、
 この車両コントローラ9に通信線13を介して接続され、同車両コントローラ9で算出されたトルク指令値Tのトルクを発生するように制御する基本制御部25を有するモータコントローラ8bと、
 前記モータ6の回転速度を検出する回転センサ14と、
を備え、
 前記車両コントローラ9は、
 前記回転センサ14で検出される回転速度から算出される車輪速と、前記トルク指令値速度算出部10で算出された各車輪位置での車速Vとを用いて、スリップ率制御の要否を判定するスリップ率制御要否判定部24を有し、
 前記モータコントローラ8bは、
 前記スリップ率制御要否判定部24でスリップ率制御が必要と判定されると、前記基本制御部25に入力された前記モータ6へのトルク指令値Tを定められた基準に従って補正するスリップ率制御を行うスリップ率制御部26を有する。
 前記回転速度は、単位時間当たりのモータロータの回転角、すなわちモータ回転数である。前記定められた基準は、試験やシミュレーション等の結果により定められる。前記各車輪位置での車速Vとは、車両重心点の車速、ヨーレート,横滑り角,および各輪の舵角,等を加味した車速である。
 この構成によると、車両コントローラ9のトルク指令値速度算出部10は、例えば、アクセルペダル信号、ブレーキペダル信号、その他車両情報から、トルク指令値を算出する。またトルク指令値速度算出部10は、例えば、重心点の車速、ヨーレート、横滑り角等の車両情報から、各車輪位置での車速を算出する。モータコントローラ8bの基本制御部25は、車両コントローラ9で算出されたトルク指令値を発生するように制御する。
 車両コントローラ9のスリップ率制御要否判定部24は、回転センサ信号から算出される車輪速と、トルク指令値速度算出部10で算出された各車輪位置での車速とを用いて、スリップ率制御の要否を判定する。スリップ率制御が不要と判定されると、基本制御部25は、車両コントローラ9で算出されたトルク指令値のトルクを発生するように制御する。このスリップ率制御を行わない状態を「通常モード」と呼ぶ。
 スリップ率制御要否判定部24でスリップ率制御が必要と判定されると、モータコントローラ8bにおけるスリップ率制御部26は、基本制御部25に入力されるトルク指令値を定められた基準に従って補正するスリップ率制御を行う。このスリップ率制御を行う状態を「スリップ率制御モード」と呼ぶ。
 このようにスリップ率制御モードでは、モータコントローラ8bがスリップ率制御を行うため、車両コントローラ9とモータコントローラ8b間の通信線13の通信速度が遅い場合であっても、十分な速度でスリップ率制御を行うことができる。スリップ率制御に用いるトルク指令値、車速等は、通信速度に依存した応答性しか持つことができないが、一般に車両運動の応答性はモータ6の回転運動の応答性より低い。このため、通信速度を車両運動の応答性に対応する速度より速く設定することにより、車両挙動に応じた制御を実現することができる。
 したがって、スリップ率制御が必要と判定された場合に、車両コントローラ9とモータコントローラ8b間の通信速度が遅いことがあっても、モータ6の制御の応答性を確保し精度の良いスリップ率制御を行うことができる。また、スリップ率制御の要否を車両状態、路面状況等に応じて車両コントローラ9が判定し、スリップ率制御の可否を選択できるため、例えば、凍結路面や砂利道などスリップ率制御を実行しない方が停止距離を短縮できる路面において、制動距離の増加を防止できる。
 前記スリップ率制御部26は、前記回転センサ14で検出される回転速度から算出される車輪速と、前記トルク指令値速度算出部10で算出された各車輪位置での車速とを用いてスリップ率を算出し、この算出されたスリップ率の絶対値が、定められた目標スリップ率の絶対値を超えないように、前記基本制御部25に入力されたトルク指令値に補正トルクを加算または減算しスリップ率制御を行うものとしても良い。前記定められた目標スリップ率は、路面情報を用いて試験やシミュレーション等の結果により定められる。スリップ率制御を行わない通常モードでは、車両コントローラ9は、各車輪位置での車速と目標スリップ率をモータコントローラ8bへ送信する必要がないため、スリップ率制御モードと比較して通信量が少なく、通信の負荷を低減し得る。
 前記モータコントローラ8bは、各車輪位置での車速または目標スリップ率を受信することにより、前記スリップ率制御部26によるスリップ率制御を行うものとしても良い。この場合、スリップ率制御モードへの移行指令を省略でき,通信の負荷を低減し得る。スリップ率制御を行う際には,車速が必須である。したがって、わざわざスリップ率制御モードへの移行指令を送信してから車速(と目標スリップ率)の送信を開始しなくても、車速(と目標スリップ率)を車両コントローラが送信開始して、モータコントローラが受信開始することで、スリップ率制御モードへ移行するようにすれば、移行指令を省略できる。目標スリップ率については、定数としてモータコントローラが記憶している場合には、送信する必要はない。ただし、目標スリップ率を操舵角や車両挙動に応じて変更する場合には、一定(上記定数)の場合よりさらに安定した制御を実現できる。
 前記スリップ率制御要否判定部24および前記スリップ率制御部26は、それぞれ前記回転センサ14で検出される回転速度からローパスフィルタLPFを用いて車輪速を算出するものとし、前記スリップ率制御部26で用いるローパスフィルタLPFの時定数を、前記スリップ率制御要否判定部24で用いるローパスフィルタLPFの時定数よりも小さくしても良い。この場合、車輪速の遅れを低減することができ、スリップ率制御の応答性を向上させることができる。
 前記車両の操舵角を検出する操舵角センサSaを設け、前記車両コントローラ9は、前記操舵角センサSaで検出される操舵角に応じて前記目標スリップ率を算出し、この算出された目標スリップ率を、前記通信線13を介して前記モータコントローラ8bへ送信するものとしても良い。スリップ率制御に用いる目標スリップ率は、通信線13の通信速度に依存した応答性しか持つことができないが、前述のように車両運動の応答性はモータ6の回転運動の応答性より低いため、通信速度を車両運動の応答性に対応する速度より速く設定することにより、車両挙動に応じた制御を実現し得る。
 前記通信線13の通信周期を、前記モータ6の応答性より低速で、且つ、前記車両の応答性より高速に設定しても良い。通信周期を前記モータ6の応答性より低速に設定することで、システム全体のコストを低減することができ、またノイズによる耐フェール性が低下することを未然に防止することができる。通信周期を車両の応答性より高速に設定することで、車両挙動に応じた制御を実現し得る。
 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、この発明に含まれる。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、この発明に含まれる。
 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。
この発明の実施形態に係る車両の制駆動力制御装置のシステム構成を平面視で概略示す図である。 同車両のインホイールモータ駆動装置の断面図である。 上記制駆動力制御装置の制御ブロック図である。 上記制駆動力制御装置の制御ブロック図である。
 この発明の実施形態に係る車両の制駆動力制御装置を図1ないし図3Bと共に説明する。図1は、この車両の制駆動力制御装置のシステム構成を平面視で概略示す図である。この実施形態では、制駆動力制御装置が搭載される車両として、左右の前輪1,2および左右の後輪3,4が、それぞれモータ6によって独立して駆動される4輪独立駆動車が適用される。
 各モータ6は、後述のインホイールモータ駆動装置IWMを構成する。左右の前輪1,2は、図示外の転舵機構により転舵可能であり、ハンドルにより前記転舵機構を介して操舵される。この車両は、各輪1~4に対して摩擦による制動力を与える摩擦式ブレーキ5(図2)を各々備えている。
 車両の制御系は、ECU7と、インバータ装置8とを有する。ECU7は、プロセッサを有するコンピュータ、前記プロセッサで実行されるプログラムを有するROM(Read Only Memory)、およびRAM(Random Access Memory)やコプロセッサ(Co-Processor)等の各種の電子回路等で構成される。ECU7は、例えば、車両全体の協調制御、統括制御を行う電気制御ユニットであり、車両コントローラ9を含んでいる。この車両コントローラ9は、各種センサ信号に応じて適切なトルク指令値を演算し、また各車輪位置での車速を算出するトルク指令値速度算出部10(図3A、図3B)を有する。
 このトルク指令値速度算出部10(図3A、図3B)は、アクセルペダル11からの加速指令(例えばアクセルペダル信号)、ブレーキペダル12からの減速指令(例えばブレーキペダル信号)、およびその他車両情報等が入力される。トルク指令値速度算出部10は、加速指令と減速指令の差に応じた制駆動指令であるトルク指令値Tを、各インバータ装置8(図1)を介して各モータ6に分配する。
 インバータ装置8は、図3に示すように各モータ6に対して設けられたインバータ8aと、このインバータ8aを制御するモータコントローラ8bとを有する。各インバータ8aは、モータトルクを独立して制御可能なものである。モータコントローラ8bは、例えば、インホイールモータ駆動装置IWMに関する各検出値や制御値等の各情報を、ECU7の車両コントローラ9に出力する機能を有する。モータコントローラ8bと車両コントローラ9は、CAN(コントロールエリアネットワーク)通信線13により接続され互いに情報が伝達される。
 モータコントローラ8bは、車両コントローラ9から与えられるトルク指令値Tを電流指令に変換してこの電流指令をパルス幅変調する。インバータ8aは複数の半導体スイッチング素子を含み、各半導体スイッチング素子は前記変調後の電流指令に従いオンオフ指令を与えられる。なおこの例では、例えば、左右の前輪1,2に対応するインバータ8a,8aが車体上に一体に設けられ、左右の前輪1,2に対応するモータコントローラ8b,8bが車体上に一体に設けられている。左右の後輪3,4についても同じである。
 この車両は、図1の操舵角を検出する操舵角センサSa、車速を検出する車速検出部Sb、ヨーレートを検出するヨーレートセンサSc、および横滑り角を検出する横滑り角検出部Sdを備える。これら操舵角センサSa、車速検出部Sb、ヨーレートセンサSc、および横滑り角検出部Sdは、それぞれ車両コントローラ9に電気的に接続される。
 図2は、インホイールモータ駆動装置IWMの断面図である。各インホイールモータ駆動装置IWMは、それぞれ、モータ6、減速機15、および車輪用軸受16を有し、これらの一部または全体が車輪内に配置される。モータ6の回転は、減速機15および車輪用軸受16を介して車輪1,(2~4)に伝達される。車輪用軸受16のハブ輪16aのフランジ部にはブレーキロータ17が固定され、同ブレーキロータ17は車輪1,(2~4)と一体に回転する。
 モータ6は、例えば、ロータ6aのコア部に永久磁石が内蔵された埋込磁石型同期モータである。このモータ6は、ハウジング18に固定したステータ6bと、回転出力軸19に取り付けたロータ6aとの間にラジアルギャップを設けたモータである。
 図3A、図3Bは、制駆動力制御装置の制御ブロック図である。以後、図1も適宜参照しつつ説明する。この制駆動力制御装置は、車両コントローラ9と、モータコントローラ8bと、回転センサ14とを備える。車両コントローラ9は、トルク指令値算出部20および車速推定部21と、目標スリップ率算出部22と、スリップ率算出部23と、スリップ率制御要否判定部24とを有する。トルク指令値算出部20および車速推定部21を総称して「トルク指令値速度算出部10」と称す。
 トルク指令値算出部20は、具体的には、ソフトウエアやハードウエアで実現されたLUT(Look Up Table)、またはソフトウエアのライブラリ(Library)に収められた所定の変換関数やそれに等価のハードウエア等(以下、「具現化モデル」という。)を用いて、アクセルペダル11の操作量に応じたアクセルペダル信号、ブレーキペダル12の操作量に応じたブレーキペダル信号、およびその他車両情報の入力を受けて、さらにヨーレートγ、横滑り角検出部Sdの入力を受けて、トルク指令値T(i=1,2,3,4)を演算して出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ(不図示)上のソフトウエア関数で構成されている。例えば、このトルク指令値Tは、ヨーモーメント制御や横滑り防止制御等の制御則に従い算出される。
 車速推定部21は、具体的には、上記の具現化モデルを用いて、以下の式に示すように、車速検出部Sbで検出されるこの車両の重心点の車速u,ν、ヨーレートセンサScで検出されるヨーレートγ、横滑り角検出部Sdで検出される横滑り角β等の車両情報の入力を受けて、各車輪位置での車速Vを推定して出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ上のソフトウエア関数で構成されている。iは車輪番号(i=1,…,4)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 ここで、uは重心点の前後速度、dはホイールトレッド、δは舵角、νは重心点の横速度、l,lは、それぞれ車両重心点と前車軸との間の距離l、車両重心点と後車軸との間の距離lであり、ν=utanβである。重心点の前後速度uは、後述する車輪速ωから推定しても良い。また、横滑り角βは、ヨーレートγ、横加速度G等から推定しても良い。
 車両コントローラ9における目標スリップ率算出部22は、具体的には、上記の具現化モデルを用いて、操舵角センサSaで検出される操舵角等の入力を受けて、目標スリップ率S を演算して出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ上のソフトウエア関数で構成されている。スリップ率算出部23は、具体的には、上記の具現化モデルを用いて、回転センサ14で検出された回転角を微分して得られる車輪速ωと、車速推定部21で推定される各車輪位置での車速Vとの入力を受けて、スリップ率を演算して出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ上のソフトウエア関数で構成されている。
 スリップ率制御要否判定部24は、具体的には、上記の具現化モデル、または上記ソフトウエアのライブラリに収められた所定の比較関数もしくは条件分岐関数やそれらに等価のハードウエア等を用いて、前記スリップ率算出部23で算出されるスリップ率、車両情報、および路面情報等の入力を受けて、スリップ率制御の要否を判定して当該要否結果を出力しうるハードウエア回路またはプロセッサ上のソフトウエア関数で構成されている。路面情報とは路面状態の情報のことであり、具体的には,高μ路,凍結路面,砂利道等を示す。このスリップ率制御要否判定部24では、例えば、スリップ率が目標スリップ率より低い場合にはスリップ率制御不要と判定し、スリップ率が目標スリップ率を超えそうな場合にはスリップ率制御必要と判定する。また、スリップ率制御要否判定部24は、スリップ率が目標スリップ率を超える場合でも、前記路面情報から凍結路面や砂利道などスリップ率を行うとタイヤをロックさせた場合より制動距離が長くなると想定される場合には、スリップ率制御不要と判定する。モータトルク,車輪速等から路面摩擦係数が推定され、この路面摩擦係数より路面状態が推定される。
 スリップ率制御要否判定部24がスリップ率制御を不要と判定した場合には、車両コントローラ9は、トルク指令値算出部20で算出した前記トルク指令値Tを、モータコントローラ8bの基本制御部25へ送信する。図3Aに示すように、基本制御部25は、車両コントローラ9で算出されたトルク指令値Tのトルクを発生するように制御する「モータ駆動回路」である。このスリップ率制御を行わない状態を「通常モード」と呼ぶ。
 スリップ率制御要否判定部24でスリップ率制御が必要と判定されると、図3Bに示すように、モータコントローラ8bにおけるスリップ率制御部26がスリップ率制御を行う「スリップ率制御モード」に移行する。スリップ率制御部26は、基本制御部25に設けられる。このスリップ率制御部26は、スリップ率制御モードにおいて、基本制御部25に入力されるトルク指令値を以下のように補正する。
 スリップ率制御部26は、車両コントローラ9の車速推定部21で推定された各車輪位置での車速Vを受信して次式に示すようにスリップ率(「実スリップ率」とも称される)Sを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 ただし、rはタイヤ半径である。
 スリップ率制御部26は、スリップ率算出部23と同様に、回転センサ14で検出される回転速度から算出される車輪速ωと、各車輪位置での車速Vとを用いて実スリップ率Sを算出し、この実スリップ率Sの絶対値と、目標スリップ率算出部22から受信した目標スリップ率S の絶対値とを比較する。車輪速ωは、モータコントローラ8bにおける車輪速算出部27にて算出される。車輪速算出部27は回転センサ14で検出される回転速度からローパスフィルタLPFを用いて車輪速ωを算出するようになっている。スリップ率制御部26は、実スリップ率Sの絶対値が目標スリップ率S の絶対値を超えないように、受信したトルク指令値Tに補正トルクΔTを加算または減算しスリップ率のフィードバック制御を行う。補正トルクΔTは次式のように表される。
 ΔT=KΔs+KΣΔs+K(Δs(n-1)-Δs(n))
 ここで、Δsは目標スリップ率S と実スリップ率Sとの偏差、K,K,Kはそれぞれ比例演算,積分演算,微分演算のゲイン定数である。モータコントローラ8bは、補正された実際のトルク指令値を車両コントローラ9へ送信する。
 前記スリップ率制御モードでは、モータコントローラ8bがスリップ率制御を行うため、車両コントローラ9とモータコントローラ8b間のCAN通信線13の通信速度が遅い場合であっても、十分な速度でスリップ率制御を行うことができる。なおモータコントローラ8bがスリップ率制御を行う際の計算周期は例えば数百μsであるのに対し、CAN通信線13の通信速度(通信周期)は十数msである。スリップ率制御に用いるトルク指令値T,各車輪位置での車速V,および目標スリップ率S は、通信速度に依存した応答性しか持つことができないが、一般に車両運動の応答性はモータ6の回転運動の応答性より低い。
 このため、通信速度を車両運動の応答性に対応する速度より速く設定することにより、車両挙動に応じた制御を実現することができる。したがって、スリップ率制御が必要と判定された場合に、車両コントローラ9とモータコントローラ8b間の通信速度が遅いことがあっても、モータ6の制御の応答性を確保し精度の良いスリップ率制御を行うことができる。
 また、スリップ率制御の要否を車両状態、路面状況等に応じて車両コントローラ9が判定し、スリップ率制御の可否を選択できるため、例えば、凍結路面や砂利道などスリップ率制御を実行しない方が停止距離を短縮できる路面において、制動距離の増加を防止できる。なお、目標スリップ率は、予め設定された定数としてモータコントローラ8bに記憶しても良い。この場合、目標スリップ率算出部22は不要としても良く、また車両コントローラ9からモータコントローラ8bに目標スリップ率S を送信しなくても良い。
 スリップ率制御を行わない通常モードでは、車両コントローラ9はトルク指令値のみをモータコントローラ8bへ送信するため、スリップ率制御モードと比較して通信量が少なく、通信の負荷を低減することができる。また、通常モードにおいて、モータコントローラ8bは、トルク指令値と同等のトルクを出力するため、車両コントローラ9は、実際のトルクである実トルクをモータコントローラ8bから受信することなく把握することができる。
 これに対してスリップ率制御モードでは、車両コントローラ9の指令通りのトルクが発生しない場合があるため、車両コントローラ9は、モータコントローラ8bから補正されたトルク(実トルク)指令値を受信する。また、スリップ率制御モードでは、車輪速の算出に用いるローパスフィルタLPFの時定数を通常モード時より小さくする。これにより車輪速の遅れを低減することができ、スリップ率制御の応答性を向上させることができる。
 以上説明したように、この制駆動力制御装置によると、スリップ率制御が不要な通常走行時は、インホイールモータ駆動装置IWMのモータ6は車両コントローラ9の指令通りにトルクを発生する。スリップ率制御が必要な状況では、実スリップ率が目標スリップ率を超えないように、モータコントローラ8bが精度良くスリップ率制御を行い、車輪1~4のロックとスピンを防止することができる。
 インホイールモータ駆動装置IWMにおいては、サイクロイド式の減速機、遊星減速機、2軸並行減速機、その他の減速機を適用可能であり、また、減速機を採用しない、所謂ダイレクトモータタイプであってもよい。また通信線は、CAN通信線だけに必ずしも限定されるものではない。
 以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではなく、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またはこれと均等の範囲内のものと解釈される。
1,2…前輪(車輪)
3,4…後輪(車輪)
6…モータ
8b…モータコントローラ
9…車両コントローラ
10…トルク指令値速度算出部
13…CAN通信線
14…回転センサ
24…スリップ率制御要否判定部
25…モータ駆動回路(基本制御部)
26…スリップ率制御部
LPF…ローパスフィルタ
Sd…操舵角センサ

Claims (6)

  1.  複数の車輪をそれぞれ個別に駆動するモータを備えた車両において、各車輪に与えられた制駆動力を制御する車両の制駆動力制御装置であって、
     トルク指令値および各車輪位置での車速を算出するトルク指令値速度算出部を有する車両コントローラと、
     この車両コントローラに通信線を介して接続され、同車両コントローラで算出されたトルク指令値のトルクを発生するように制御する基本制御部を有するモータコントローラと、
     前記モータの回転速度を検出する回転センサと、
    を備え、
     前記車両コントローラは、
     前記回転センサで検出される回転速度から算出される車輪速と、前記トルク指令値速度算出部で算出された各車輪位置での車速とを用いて、スリップ率制御の要否を判定するスリップ率制御要否判定部を有し、
     前記モータコントローラは、
     前記スリップ率制御要否判定部でスリップ率制御が必要と判定されると、前記基本制御部に入力された前記モータへのトルク指令値を定められた基準に従って補正するスリップ率制御を行うスリップ率制御部を有する車両の制駆動力制御装置。
  2.  請求項1に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記スリップ率制御部は、前記回転センサで検出される回転速度から算出される車輪速と、前記トルク指令値速度算出部で算出された各車輪位置での車速とを用いてスリップ率を算出し、この算出されたスリップ率の絶対値が、定められた目標スリップ率の絶対値を超えないように、前記基本制御部に入力されたトルク指令値に補正トルクを加算または減算しスリップ率制御を行う車両の制駆動力制御装置。
  3.  請求項2に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記モータコントローラは、各車輪位置での車速または目標スリップ率を受信することにより、前記スリップ率制御部によるスリップ率制御を行う車両の制駆動力制御装置。
  4.  請求項2または請求項3に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記スリップ率制御要否判定部および前記スリップ率制御部は、それぞれ前記回転センサで検出される回転速度からローパスフィルタを用いて車輪速を算出するものとし、前記スリップ率制御部で用いるローパスフィルタの時定数を、前記スリップ率制御要否判定部で用いるローパスフィルタの時定数よりも小さくした車両の制駆動力制御装置。
  5.  請求項2ないし請求項4のいずれか1項に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記車両の操舵角を検出する操舵角センサを設け、前記車両コントローラは、前記操舵角センサで検出される操舵角に応じて前記目標スリップ率を算出し、この算出された目標スリップ率を、前記通信線を介して前記モータコントローラへ送信する車両の制駆動力制御装置。
  6.  請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の車両の制駆動力制御装置において、前記通信線の通信周期を、前記モータの応答性より低速で、且つ、前記車両の応答性より高速に設定した車両の制駆動力制御装置。
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