WO2024038707A1 - 車両制御装置及び車両制御方法 - Google Patents

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WO2024038707A1
WO2024038707A1 PCT/JP2023/025520 JP2023025520W WO2024038707A1 WO 2024038707 A1 WO2024038707 A1 WO 2024038707A1 JP 2023025520 W JP2023025520 W JP 2023025520W WO 2024038707 A1 WO2024038707 A1 WO 2024038707A1
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sum
difference
vehicle
torque
model
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PCT/JP2023/025520
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English (en)
French (fr)
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亮太 ▲高▼橋
博志 藤本
空由 布施
広志 于
直樹 ▲高▼橋
悠太郎 岡村
俊輔 松尾
亮佑 古賀
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三菱自動車工業株式会社
国立大学法人 東京大学
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/20Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles for control of the vehicle or its driving motor to achieve a desired performance, e.g. speed, torque, programmed variation of speed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/18Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18Propelling the vehicle
    • B60W30/188Controlling power parameters of the driveline, e.g. determining the required power
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60WCONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W30/00Purposes of road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub-unit, e.g. of systems using conjoint control of vehicle sub-units
    • B60W30/18Propelling the vehicle
    • B60W30/20Reducing vibrations in the driveline

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control device and a vehicle control method that control a drive source mounted on a vehicle.
  • the behavior of the driving force transmission system (for example, vibration) is different when the vehicle is traveling straight and when the vehicle is turning. Therefore, it is necessary to construct a control that corresponds to when the vehicle is traveling straight and a control that corresponds to when the vehicle is turning, and there is a problem that the control configuration tends to become complicated. Furthermore, since the running state of the vehicle may be a composite state in which a straight-ahead state (translational motion) and a turning state (yaw motion) are mixed, there is a problem that it is difficult to improve controllability.
  • the control when performing control to suppress vibration on one of the left and right axles, the control (output) also affects the other axle, so it is necessary to make the control structure non-interfering so that they do not affect each other. becomes complicated. That is, it is difficult to appropriately suppress vibrations on each of the left and right axles, as the vibration characteristics differ between when the vehicle is traveling straight and when the vehicle is turning.
  • One of the purposes of this case is to provide a vehicle control device and a vehicle control method that have a simple configuration and are capable of suppressing vibrations of the left and right axles without interfering with each other.
  • the goal is to provide the following.
  • this purpose is not limited to this purpose, and it is also possible to achieve effects derived from each configuration shown in "Details for Carrying Out the Invention" that will be described later, which cannot be obtained with conventional techniques. It is positioned as a purpose.
  • the disclosed vehicle control device and vehicle control method can be realized as aspects or specific examples disclosed below, and solve at least part of the above problems.
  • the disclosed vehicle control device includes a left drive system including a left axle and a left wheel to which power from a left drive source is transmitted, and a right drive system including a right axle and right wheels to which power from a right drive source is transmitted.
  • the vehicle control device controls outputs of the left drive source and the right drive source, the vehicle control device controlling outputs of the left drive source and the right drive source, the left demand torque being a demand torque to the left drive system or the left drive source, and the right drive system or the right drive source.
  • a calculation unit that calculates a sum equivalent value corresponding to the sum of a right requested torque that is a requested torque to the right drive source, and a difference equivalent value that corresponds to a difference between the left requested torque and the right requested torque; , a sum model that models the motion states of the left drive system and the right drive system when the vehicle is traveling straight, to which the sum equivalent value is applied; and a sum model to which the sum equivalent value is applied; a difference model that models the motion state of the right drive system and to which the difference equivalent value is applied; a sum mode instruction torque obtained by applying the sum equivalent value to the sum model; and the difference equivalent value.
  • a control unit that controls outputs of the left drive source and the right drive source using a difference mode instruction torque obtained by applying the above to the difference model.
  • the disclosed vehicle control method includes a left drive system including a left axle and a left wheel to which power from a left drive source is transmitted, and a right drive system including a right axle and right wheels to which power from a right drive source is transmitted.
  • a vehicle control method for controlling outputs of the left drive source and the right drive source in a vehicle comprising: a sum model modeling a motion state of the left drive system and the right drive system when the vehicle is traveling straight; , a difference model that models the motion state of the left drive system and the right drive system when the vehicle turns is prepared in advance, and the left required torque that is the required torque to the left drive system or the left drive source is prepared in advance.
  • Calculating a sum equivalent value corresponding to the sum of the right required torque that is the required torque to the right drive system or the right drive source, and a difference equivalent value corresponding to the difference between the left required torque and the right required torque. is calculated, and the sum mode instruction torque is obtained by applying the sum equivalent value to the sum model, and the difference mode instruction torque is obtained by applying the difference equivalent value to the difference model, and the sum mode instruction torque is obtained by applying the sum equivalent value to the sum model.
  • the outputs of the left drive source and the right drive source are controlled using the instruction torque and the difference mode instruction torque.
  • the sum mode instruction torque obtained by applying the sum equivalent value to the sum model and the difference mode instruction torque obtained by applying the difference equivalent value to the difference model are combined.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of a vehicle control device and a vehicle.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the structure of a vehicle drive system.
  • 3 is a speed diagram of the power distribution mechanism of the vehicle having the structure of FIG. 2.
  • FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the flow of a vehicle control method.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating the structures of a left drive system and a right drive system of a vehicle.
  • (A) is a schematic diagram of a sum model
  • (B) is a schematic diagram of a difference model.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the logic of vibration suppression control performed by the vehicle control device.
  • the types of vehicles for which the disclosed vehicle control device and vehicle control method are used include, for example, engine vehicles (gasoline vehicles, diesel vehicles), electric vehicles, and hybrid vehicles, and include at least one drive source (internal combustion engine or motor).
  • An automobile that runs by driving left and right wheels (left and right drive wheels) using a plurality of drive sources, preferably a plurality of drive sources.
  • one of the plurality of drive sources is called a left drive source
  • one of the other drive sources is called a right drive source.
  • one of the left and right wheels located on the left side of the vehicle is called a left wheel, and the other is called a right wheel.
  • the disclosed vehicle control device and vehicle control method include a left drive system including a left axle and a left wheel to which power is transmitted from a left drive source, and a right drive system including a right axle and right wheels to which power from a right drive source is transmitted. It can be used to control a vehicle equipped with a drive system.
  • each of the left drive source and the right drive source may or may not be set to correspond to the left-right direction determined with the traveling direction of the vehicle as a reference. Further, the left drive system and the right drive system may operate independently of each other, or may be connected to each other via a transmission mechanism or a power distribution mechanism.
  • the disclosed vehicle control device and vehicle control method can be used to control an in-wheel motor vehicle in which the left and right wheels are each driven by an individual motor, and the vehicle control device and the vehicle control method disclosed herein can be used to control an in-wheel motor vehicle in which each of the left and right wheels is driven by an individual motor, and a torque vector that allows the left and right wheels to transmit driving force and torque to each other. It can also be used to control ring cars.
  • a vehicle control device 10 as an example is mounted on a vehicle 1 shown in FIG.
  • the vehicle 1 includes left and right wheels 5 (wheels) arranged side by side in the vehicle width direction, a power distribution mechanism 3 (differential mechanism) that applies a torque difference between the left and right wheels 5, and a pair of wheels connected to the power distribution mechanism 3.
  • a motor 2 is provided.
  • the alphabetical letters L and R added to the numerical codes represent the arrangement position (on the left or right side of the vehicle 1) of the element corresponding to the code.
  • 5L represents one of the left and right wheels 5 (left wheel) located on the left side of the vehicle 1
  • 5R represents the other (right wheel) located on the right side.
  • the positions of the left and right wheels 5 in the longitudinal direction do not matter, and may be the front wheels or the rear wheels of the vehicle 1.
  • the motor 2 (drive source) has the function of driving at least either the front wheels or the rear wheels of the vehicle 1, and can have the function of driving all four wheels.
  • a left motor 2L left drive source
  • a right motor 2R right drive source
  • the left motor 2L and the right motor 2R operate independently of each other and can individually output driving forces of different magnitudes.
  • These motors 2 are connected to a power distribution mechanism 3 via a pair of deceleration mechanisms provided separately from each other.
  • the vehicle 1 includes a power distribution mechanism 3 that amplifies the torque difference between the pair of motors 2 and distributes it to each of the left and right wheels 5.
  • the power distribution mechanism 3 of this embodiment is a differential mechanism with a yaw control function [AYC (Active Yaw Control) function], and is connected to an axle 4 (left axle 4L) connected to a left wheel 5L and a right wheel 5R. and the axle 4 (right axle 4R).
  • the yaw control function is a function that actively controls the sharing ratio of the driving force (driving torque) between the left and right wheels 5 to adjust the yaw moment and stabilize the attitude of the vehicle 1.
  • a planetary gear mechanism, a differential gear mechanism, etc. are built inside the power distribution mechanism 3.
  • the vehicle drive device including the pair of motors 2 and the power distribution mechanism 3 is also called a DM-AYC (Dual Motor AYC) device.
  • the power distribution mechanism 3 includes a pair of deceleration mechanisms (the gear train surrounded by a broken line in FIG. 2) that reduce the rotational speed of the motor 2, and a transmission mechanism (the gear train surrounded by a dashed line in FIG. 2). (enclosed gear train).
  • the deceleration mechanism is a mechanism that increases the torque by decelerating the torque (driving force) output from the motor 2.
  • the reduction ratio G of the reduction mechanism is appropriately set according to the output characteristics and performance of the motor 2. If the torque performance of the motor 2 is sufficiently high, the reduction mechanism may be omitted.
  • the transmission mechanism is a mechanism that amplifies the difference in torque transmitted to each of the left and right wheels 5.
  • the transmission mechanism of the power distribution mechanism 3 shown in FIG. 2 includes a pair of planetary gear mechanisms. These planetary gear mechanisms have a structure in which the rotation axes of planetary gears provided on each carrier are connected to each other. Each carrier supports the planetary gear so that it can rotate on its own axis, and also supports the planetary gear so that it can revolve between the sun gear and the ring gear. Furthermore, driving forces transmitted from the left and right motors 2 are input to the ring gear and sun gear of one of the planetary gear mechanisms. The driving force transmitted to the left and right wheels 5 is taken out from the sun gear and carrier of the other planetary gear mechanism. Note that the structure of the power distribution mechanism 3 shown in FIG. 2 is only an example for realizing the yaw control function, and other known structures can also be used.
  • JM in FIG. 2 represents motor inertia (moment of inertia of motor 2)
  • DM represents motor viscosity (viscosity of motor 2)
  • Jw represents wheel inertia (moment of inertia of left and right wheels 5).
  • TLM is the left motor input torque (left motor instruction torque)
  • TLM is the left motor input torque after deceleration by the deceleration mechanism
  • ⁇ LM is the left motor angular velocity
  • ⁇ Lm is the deceleration mechanism
  • T Lin is the left drive side torque
  • T Lds is the left axle torque
  • T LL is the left wheel load side torque
  • ⁇ Lds is the left drive side angular velocity
  • ⁇ LL is the left wheel angular velocity.
  • T RM is the right motor input torque (right motor instruction torque)
  • T Rm is the right motor input torque after deceleration by the reduction mechanism
  • ⁇ RM is the right motor angular velocity
  • ⁇ Rm is the reduction mechanism
  • T Rin is the right drive side torque
  • T Rds is the right axle torque
  • T RL is the right wheel load side torque
  • ⁇ Rds is the right drive side angular velocity
  • ⁇ RL is the right wheel angular velocity.
  • FIG. 3 is a speed diagram of the power distribution mechanism 3.
  • b 1 and b 2 shown in FIGS. 2 and 3 represent torque difference amplification factors (deceleration rate, differential reduction ratio) determined according to the structure of the gear built into the power distribution mechanism 3.
  • the torque difference amplification factor related to power transmission from the left motor 2L to the right wheel 5R is b 1
  • the torque difference amplification factor related to power transmission from the left motor 2L to the left wheel 5L is b 1 +1.
  • the torque difference amplification factor related to power transmission from the right motor 2R to the left wheel 5L is b 2
  • the torque difference amplification factor related to power transmission from the right motor 2R to the right wheel 5R is b 2 +1.
  • each of the pair of motors 2 is electrically connected to a battery 7 via an inverter 6 (6L, 6R).
  • the inverter 6 is a converter (DC-AC inverter) that mutually converts the power (DC power) of the DC circuit on the battery 7 side and the power (AC power) of the AC circuit on the motor 2 side.
  • the battery 7 is, for example, a lithium ion secondary battery or a nickel metal hydride secondary battery, and is a secondary battery that can supply a high voltage direct current of several hundred volts.
  • DC power is converted into AC power by the inverter 6 and supplied to the motor 2 .
  • the motor 2 When the motor 2 generates power, the generated power is converted into DC power by the inverter 6 and charged into the battery 7.
  • the operating state of the inverter 6 is controlled by the vehicle control device 10.
  • the vehicle control device 10 is one of the electronic control units (ECU, Electronic Control Unit) installed in the vehicle 1.
  • the vehicle control device 10 includes a left drive system including a left axle 4L and a left wheel 5L to which power is transmitted from a left motor 2L (left drive source), and a right axle to which power is transmitted from a right motor 2R (right drive source).
  • the vehicle 1 equipped with a right drive system including a right wheel 4R and a right wheel 5R the vehicle 1 has a function of controlling the output of each of the left motor 2L and the right motor 2R.
  • the vehicle control device 10 has a built-in processor (central processing unit), memory (main memory), storage device, interface device, etc. (not shown), and these are connected to each other so as to be communicable via an internal bus.
  • the contents of the judgments and controls performed by the vehicle control device 10 are recorded and saved in memory as firmware or application programs, and when the program is executed, the contents of the program are developed in the memory space and executed by the processor.
  • An accelerator opening sensor 14, a brake sensor 15, a steering angle sensor 16, a resolver 17, and a wheel speed sensor 18 are connected to the vehicle control device 10.
  • the accelerator opening sensor 14 is a sensor that detects the amount of depression of the accelerator pedal (accelerator opening) and the speed at which the accelerator pedal is depressed.
  • the brake sensor 15 is a sensor that detects the amount of depression of the brake pedal (brake pedal stroke) and the speed of depression thereof.
  • the steering angle sensor 16 is a sensor that detects the steering angle of the left and right wheels 5 (actual steering angle or steering angle).
  • the resolver 17 (17L, 17R) is a sensor that detects the angular velocity of the motor 2, and is provided individually for each of the pair of motors 2.
  • the resolver 17 outputs information on the rotation angle of the motor 2 as a two-phase AC voltage.
  • the angular velocity of the motor 2 can be determined from the changes in these AC voltages over time.
  • the wheel speed sensors 18 (18L, 18R) are sensors that detect the angular velocity of the axle 4.
  • the vehicle control device 10 controls the output of the pair of motors 2 (2L, 2R) by controlling the operating state of the inverter 6 (6L, 6R) based on each piece of information detected by the various sensors 14 to 18 described above. Control.
  • other sensors Hall sensor, encoder, etc.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram showing the basic concept (flow) of control performed by the vehicle control device 10 (output control regarding the motor 2 using the vehicle control method as an example).
  • the vibrations of the left drive system and the right drive system are divided into vibrations when the vehicle 1 is traveling straight and vibrations when the vehicle 1 is turning, and the former is separated as a sum mode vibration and the latter as a difference mode vibration. .
  • torques for suppressing vibrations are acquired in each of the sum mode and the difference mode, and after returning the acquired torques to left and right expressions, they are output (instructed) to the left motor 2L and the right motor 2R.
  • the storage device of the vehicle control device 10 stores in advance a sum mode vibration suppression model used in the sum mode (hereinafter also simply referred to as the "sum model”) and a difference mode vibration suppression model used in the difference mode (hereinafter simply referred to as the “difference model”). ) is memorized. That is, in this vehicle control method, first, a sum model and a difference model are prepared.
  • the sum model is a model that models the movement state of the left drive system and the right drive system when the vehicle 1 is traveling straight
  • the difference model is a model that models the movement state of the left drive system and the right drive system when the vehicle 1 is turning. This is a model that models
  • the sum model and the difference model are models related to vibration suppression.
  • the vehicle 1 generates different vibrations when traveling straight and when turning, and also has different resonance frequencies. Although it depends on the type of vehicle 1, for example, while the resonance frequency when traveling straight is about 6 Hz, the resonance frequency when turning is smaller than this, for example, about 2 Hz.
  • the control for suppressing vibration (output ) are separated into the above two modes, and a model used in each mode is provided in order to prevent the left and right from interfering with each other. That is, the sum model and the difference model are models used to perform vibration suppression control in each state of straight travel and turning, with respect to resonance frequencies that differ between straight travel and turning.
  • the sum model outputs (derives) a sum mode instruction torque for suppressing vibrations of the left drive system and right drive system when the vehicle 1 is traveling straight by applying the sum equivalent value.
  • the difference model outputs (derives) a difference mode instruction torque for suppressing vibrations of the left drive system and the right drive system when the vehicle 1 turns by applying the difference equivalent value.
  • the sum equivalent value is a general term for the value equivalent to the sum of the left required torque, which is the required torque to the left drive system or left motor 2L, and the right required torque, which is the required torque to the right drive system or right motor 2R.
  • the sum-equivalent value includes not only a simple sum but also a value obtained by multiplying the sum by a predetermined coefficient and a value half the sum (arithmetic mean value).
  • the difference equivalent value is a general term for values corresponding to the difference between the left required torque and the right required torque.
  • the difference equivalent value includes not only a simple difference but also a value obtained by multiplying the difference by a predetermined coefficient.
  • Step A1 in FIG. 4 corresponds to a step of calculating a sum equivalent value corresponding to the sum of the left required torque and the right required torque.
  • the sum equivalent value calculated in this step is applied to the sum model in step A3 in FIG.
  • an output (sum mode instruction torque) for vibration suppression of the left drive system and right drive system when the vehicle 1 is traveling straight is obtained, and the vibration state of the vehicle 1 related to straight travel is effectively suppressed.
  • step A2 in FIG. 4 corresponds to a step of calculating a difference equivalent value corresponding to the difference between the left required torque and the right required torque.
  • the difference equivalent value calculated in this step is applied to the difference model in step A4 in FIG.
  • an output (differential mode instruction torque) for suppressing vibrations of the left drive system and right drive system when the vehicle 1 turns is obtained, and the vibration state of the vehicle 1 related to the turn is effectively suppressed.
  • a calculation section 11, a storage section 12, and a control section 13 are provided inside the vehicle control device 10. These elements are shown by classifying the functions of the vehicle control device 10 for convenience. These elements may be written as independent programs for realizing the functions of each element. Alternatively, a plurality of elements may be combined and written as one composite program.
  • the calculation unit 11 calculates a sum equivalent value and a difference equivalent value.
  • the calculation unit 11 of the present embodiment calculates the required torque to the left drive system or the left motor 2L as "left required torque" based on the driver's operation (for example, accelerator operation, brake operation, steering operation, etc.), and The required torque to the right drive system or right motor 2R is calculated as "right required torque.” Then, the calculation unit 11 calculates a sum equivalent value and a difference equivalent value based on the left required torque and the corresponding right required torque.
  • the left required torque and the right required torque may be calculated by a calculation means separate from the calculation unit 11, or may be calculated by an electronic control device different from the vehicle control device 10 (for example, an upper ECU of the vehicle control device 10). may also be calculated. Further, the method of calculating these required torques is not particularly limited, and may be calculated based on vehicle speed information or the like in addition to the above-mentioned driver operation.
  • the left required torque is, for example, the required torque T Lds-ref of the left axle 4L (hereinafter referred to as “left axle required torque T Lds-ref ").
  • the right required torque is, for example, the required torque T Rds-ref of the right axle 4R (hereinafter referred to as “right axle required torque T Rds-ref ").
  • these required axle torques T Lds-ref and T Rds-ref are used as the left required torque and the right required torque.
  • the storage unit 12 stores a sum model that is a model that models the motion state of the left drive system and the right drive system when the vehicle 1 is traveling straight (particularly regarding vibration suppression), and a sum model that models the motion state of the left drive system and the right drive system when the vehicle 1 is traveling straight.
  • the difference model is a model that models the state of motion of the system (particularly regarding vibration suppression).
  • FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the structure of the left drive system and right drive system of the vehicle 1.
  • Each of the left axle 4L and the right axle 4R can be similar to a structure in which a spring (axle stiffness K s ) and a damper (axle viscosity D s ) are connected in parallel.
  • J LM is the inertia of the power distribution mechanism 3 side (drive side) with respect to the left axle 4L
  • J Lw is the inertia of the left wheel 5L side (load side) with respect to the left axle 4L
  • J RM is the power distribution mechanism with respect to the right axle 4R.
  • FIG. 5 shows the differential value of the left drive side angular velocity ⁇ Lds (left drive side angular acceleration), the differential value of the left wheel angular velocity ⁇ LL (left wheel angular acceleration), and the differential value of the right drive side angular velocity ⁇ Rds (right drive side angular acceleration).
  • the differential value of the right wheel angular velocity ⁇ RL (right wheel angular acceleration) is also shown.
  • the configuration of the sum model is modeled as the configuration shown in FIG. 6(A), and the configuration of the difference model is modeled as the configuration shown in FIG. 6(B).
  • the sum model is applied to vibration suppression control for the axle 4 and left and right wheels 5 when the vehicle 1 moves straight
  • the difference model is applied to vibration suppression control for the axle 4 and left and right wheels 5 when the vehicle 1 turns.
  • both the sum model and the difference model are two-inertia models, but each may be configured as a multi-inertia model including three or more moments of inertia and spring dampers.
  • the sum model is based on the drive side inertia JSM , a spring damper designed with stiffness Ks and viscosity Ds , and load side inertia (sum mode wheel nominal inertia) JSL. configured.
  • the load-side inertia JSL is calculated based on the vehicle weight M (in terms of wheels).
  • the drive side viscosity DSM and the load side viscosity DSL may also be considered.
  • T Sin is the sum mode drive side torque
  • T Sds is the sum mode axle torque
  • T SL is the sum mode wheel load side torque
  • ⁇ Sds is the sum mode drive side angular velocity
  • ⁇ SL is the sum mode drive side torque. is the wheel angular velocity.
  • the sum model may be expressed by a relational expression including a transfer function representing the input/output characteristics of the two-inertia system. The equation of motion related to the sum model is shown below.
  • the difference model consists of the drive-side inertia JDM , which is the equivalent inertia when a left-right difference occurs (when turning), a spring damper designed with stiffness Ks and viscosity Ds , and a load. It consists of side inertia (differential mode wheel nominal inertia) JDL .
  • the load-side inertia JDL is calculated based on the yaw inertia (wheel equivalent) of the vehicle 1.
  • the drive side viscosity DDM and the load side viscosity DDL may also be considered.
  • D DM (2b 1 +1) 2 G 2 DM .
  • T Din is the difference mode drive side torque
  • T Dds is the difference mode axle torque
  • T DL is the difference mode wheel load side torque
  • ⁇ Dds is the difference mode drive side angular velocity
  • ⁇ DL is the difference mode drive side torque. is the wheel angular velocity.
  • the difference model may also be expressed by a relational expression including a transfer function representing the input-output characteristics of the two-inertia system. The equation of motion related to the difference model is shown below.
  • the control unit 13 applies the sum equivalent value calculated by the calculation unit 11 to the sum model stored in the storage unit 12 to reduce vibrations in the left drive system and right drive system when the vehicle 1 is traveling straight. Obtain sum mode instruction torque for suppression. The same applies to the difference model, and the control unit 13 applies the difference equivalent value calculated by the calculation unit 11 to the above-mentioned difference model stored in the storage unit 12, thereby controlling left drive when the vehicle 1 turns. Obtain the differential mode instruction torque for suppressing vibrations in the system and the right drive system. Then, the control unit 13 controls the outputs of the left motor 2L and the right motor 2R using the acquired sum mode instruction torque and difference mode instruction torque.
  • the control unit 13 calculates the left motor command torque T LM and the right motor command torque T RM from the sum mode command torque and the difference mode command torque, and controls the left and right motors 2 .
  • the left motor command torque TLM half of the value obtained by subtracting the difference mode command torque from the sum mode command torque is output as the left motor command torque TLM
  • the sum mode command torque and the difference mode command torque are Half of the sum is output as the right motor command torque TRM .
  • FIG. 7 is a block diagram showing the logic of vibration suppression control performed by the vehicle control device 10.
  • the vibration suppression control is a control that obtains a sum mode instruction torque and a difference mode instruction torque based on a sum model and a difference model, and is feedforward control (open loop control).
  • the sum mode drive side torque T Sin is given as a specific example of the sum mode instruction torque
  • the difference mode drive side torque T Din is given as a specific example of the difference mode instruction torque.
  • the plant in FIG. 7 is an object located upstream of each axle 4 in the power transmission path (such as a shaft or gear included in the motor 2 or the power transmission mechanism 3).
  • the calculation unit 11 calculates the sum mode required torque T Sds-ref (sum equivalent value) based on the left and right axle required torques T Lds-ref and T Rds-ref (left and right required torques). and the difference mode required torque T Dds-ref (difference equivalent value) are applied to the sum model and the difference model, and as a result, the sum mode command torque T Sin and the difference mode command torque T Din are obtained.
  • the control unit 13 calculates the torque that each of the pair of motors 2 should output as the command torques T LM and T RM based on the sum mode command torque T Sin and the difference mode command torque T Din , and obtains the torques.
  • the pair of inverters 6 are driven as follows.
  • FIG. 8 is an input/output image of vibration suppression control during straight-ahead acceleration
  • FIG. 9 is an input/output image of vibration suppression control during steady turning.
  • (A) is the left and right axle required torque T Lds-ref
  • TRds-ref
  • B) is the sum mode required torque T Sds-ref and the difference mode required torque T Dds-ref
  • (C) is the sum mode required torque T Sds-ref
  • the mode instruction torque T Sin and the difference mode instruction torque T Din (D) are graphs showing temporal changes in the left and right motor instruction torques T LM and T RM .
  • the required left and right axle torques T Lds -ref , T Rds-ref rises at time t1 and then falls at time t2 .
  • the sum mode required torque T Sds-ref is the sum of the two axle required torques T Lds-ref and T Rds-ref
  • the difference mode required torque T Dds-ref is the sum of the two axle required torques T Lds-ref and T Rds-ref. This is the difference (ie, 0) between the required axle torques T Lds-ref and T Rds-ref .
  • the sum mode command torque T Sin becomes The value changes significantly at time t1 and falling time t2 , and the difference mode instruction torque T Din remains at zero. Then, as shown in FIG. 8(D), the sum mode instruction torque T Sin and the difference mode instruction torque T Din are converted into left and right motor instruction torques T LM and T RM , so that the time point t 1 is reached at each of the left and right motors. and the value changes significantly at time t2 .
  • the left and right axle required torques T Lds-ref and T Rds-ref are It rises at time t3 and then falls at time t4 .
  • the sum mode required torque T Sds-ref is the sum of the two axle required torques T Lds-ref and T Rds-ref
  • the difference mode required torque T Dds-ref is the sum of the two axle required torques T Lds-ref and T Rds-ref. This is the difference between the required axle torque T Lds-ref and T Rds-ref .
  • the sum mode command torque T Sin particularly changes as shown in FIG. 9(C). Therefore, the value of the difference mode instruction torque T Din changes greatly at the rising time t 3 and the falling time t 4 . Then, as shown in FIG. 9(D), the sum mode instruction torque T Sin and the difference mode instruction torque T Din are converted into left and right motor instruction torques T LM and T RM , so that the time point t 3 is reached at each of the left and right motors. and the value changes significantly at time t4 .
  • the sum model of this embodiment includes a transfer function expressed by the ratio of the sum mode drive side torque T Sin used for vibration suppression control of the motor 2 to the sum equivalent value.
  • the difference model of this embodiment includes a transfer function represented by the ratio of the difference mode drive side torque T Din used for vibration suppression control of the motor 2 to the difference equivalent value.
  • the power distribution mechanism 3 may be expressed mathematically as follows using vector expression.
  • the equation of motion (sum/difference) on the drive side is formulated for each of the left and right sides, resulting in the following.
  • Z11 is the reduction ratio applied from the left drive source (left motor 2L) to the left axle (left axle 4L)
  • Z22 is the reduction ratio applied from the right drive source (right motor 2R) to the right axis (right axle 4R).
  • Z c are the reduction ratios applied from the left and right drive sources to the respective opposite shafts.
  • the equation of motion for the left and right wheels 5 (load side) and the axle 4 may be expressed mathematically as follows.
  • Equation 13 The transfer function of Equation 13 above is made a reciprocal, and the required torques calculated by the host ECU are set as T Sds-ref and T Dds - ref , and these required torques T Sds-ref , T Dds-ref , the following equation is obtained.
  • Equation 14 above is not a proper transfer function, so when it is made proper using a second-order low-pass filter, the following equation is obtained.
  • the torque that should be applied to the motor 2 in order to obtain the requested sum/difference mode axle torques T Sds-ref and T Dds-ref i.e., the sum mode instruction torque T Sin and the difference mode instruction torque T Din ) can be calculated.
  • Equation 15 below is an example of a transfer function included in the sum model and the difference model.
  • the non-interference parameters M, Iz are used as adjustment coefficients in the adaptation process of the vehicle 1. That is, in the sum model that focuses on the straight-ahead state (translational motion) of the vehicle 1, the vehicle weight M as a non-interference parameter is adjusted and adapted, so that the turning state is not affected. Similarly, in the differential model that focuses on the turning state (yaw motion) of the vehicle 1, the yaw inertia Iz as a non-interference parameter is adjusted and adapted, so that the straight-ahead state is not affected.
  • the vehicle control device 10 described above includes a calculation section 11, a sum model and a difference model, and a control section 13.
  • the calculation unit 11 calculates a sum equivalent value corresponding to the sum of the left required torque and right required torque, and also calculates a difference equivalent value equivalent to the difference between the left required torque and the right required torque.
  • the sum model is a model of the motion state of the left drive system and the right drive system when the vehicle 1 is traveling straight, and a sum equivalent value is applied.
  • the difference model is a model of the motion state of the left drive system and the right drive system when the vehicle 1 turns, and a difference equivalent value is applied.
  • the control unit 13 controls the left and right motors 2 using the sum mode instruction torque obtained by applying the sum equivalent value to the sum model and the difference mode instruction torque obtained by applying the difference equivalent value to the difference model. control.
  • the vibrations of the left and right axles 4 can be suppressed without interfering with each other, even though the vibration characteristics differ between when the vehicle is traveling straight and when the vehicle is turning.
  • complicated decoupling control is not required, making the design simpler. This makes it possible to achieve vibration suppression with a simple configuration.
  • both the sum model and the difference model can be constructed as a two-inertia model.
  • a model regarding the motion state (particularly vibration suppression) of the left and right drive systems when the vehicle 1 is traveling straight and when turning with a simple configuration.
  • the above sum model includes a drive-side inertia calculated based on the inertia of the left drive source and right drive source, and a spring damper designed based on rigidity and viscosity. It can be expressed by a transfer function representing the input/output characteristics of a two-inertial system including the load-side inertia calculated based on the vehicle weight of the vehicle 1. Thereby, it is possible to effectively suppress vibrations when traveling straight in consideration of viscoelasticity, and the controllability of the vehicle 1 can be improved.
  • the above difference model is designed using drive-side inertia, which is the equivalent inertia when the left-right difference occurs, calculated based on the torque difference amplification factor, and stiffness and viscosity. It can be expressed by a transfer function representing the input/output characteristics of a two-inertial system composed of a spring damper and a load-side inertia calculated based on the yaw inertia of the vehicle 1. Thereby, vibrations during turning can be effectively suppressed in consideration of viscoelasticity, and controllability of the vehicle 1 can be improved.
  • the sum model has a transfer function expressed by the ratio of the sum mode driving side torque T Sin to the sum equivalent value (for example, the sum mode required torque T Sds-ref ).
  • the difference model includes a transfer function represented by the ratio of the difference mode driving side torque T Din to the difference equivalent value (for example, the difference mode required torque T Dds-ref ).
  • the non-interference parameters M and Iz are used as adjustment coefficients in the adaptation process, so that the adaptation in a straight-ahead state and the adaptation in a turning state are made to interfere with each other. It can be carried out efficiently without any hassle.
  • the control unit 13 may take into consideration the driver's request of the vehicle 1 or the acceleration state of the vehicle 1 when controlling the outputs of the left motor 2L and the right motor 2R.
  • driver requests include steering wheel angle and accelerator operation.
  • examples of the acceleration state include longitudinal acceleration (longitudinal G) and lateral acceleration (lateral G).
  • the control unit 13 may consider either the driver's request or the acceleration state, or may consider both.
  • the control unit 13 performs control that takes these into account by inserting parameters for driver requests (for example, steering wheel angle) and acceleration conditions (longitudinal G, lateral G) into the transfer function equations included in the sum model and the difference model. is possible.
  • the left axle required torque T Lds-ref is used as the left required torque
  • the right axle required torque T Rds-ref is used as the right required torque
  • the required torque to the motor 2L may be used, or the required torque to the right motor 2R may be used as the right required torque.
  • the vehicle 1 is equipped with a pair of motors 2 as drive sources, but an internal combustion engine may be used instead of the motors 2, and the specific type of drive source is not limited.
  • the vehicle 1 is provided with a vehicle drive device (DM-AYC device) including a pair of motors 2 and a power distribution mechanism 3
  • the concept of the sum model and the difference model can be applied to any vehicle, and for example, It is also applicable to vehicles without the power distribution mechanism 3 and in-wheel motor vehicles.
  • a left drive system including a left axle and a left wheel to which power is transmitted from a left drive source
  • a right drive system including a right axle and right wheels to which power is transmitted from a right drive source.
  • a vehicle comprising a left drive system including a left axle and a left wheel to which power is transmitted from a left drive source, and a right drive system including a right axle and right wheels to which power is transmitted from a right drive source
  • the left drive A vehicle control device that controls a power source and an output of the right drive source, Calculating a sum equivalent value corresponding to the sum of the left required torque that is the required torque to the left drive system or the left drive source and the right required torque that is the required torque to the right drive system or the right drive source, and , a calculation unit that calculates a difference equivalent value corresponding to the difference between the left required torque and the right required torque; a sum model that models the motion states of the left drive system and the right drive system when the vehicle is traveling straight, to which the sum equivalent value is applied; a difference model that models the motion states of the left drive system and the right drive system when the vehicle turns, and to
  • the sum model includes drive-side inertia calculated based on the inertia of the left drive source and the right drive source, a spring damper designed with stiffness and viscosity, and a load calculated based on the vehicle weight of the vehicle.
  • the vehicle control device according to appendix 1 or 2, characterized in that the device includes a transfer function representing an input/output characteristic of a two-inertia system composed of a side inertia and a side inertia.
  • the difference model is calculated based on drive-side inertia, which is equivalent inertia when a left-right difference occurs, calculated based on a torque difference amplification factor, a spring damper designed with stiffness and viscosity, and yaw inertia of the vehicle.
  • the vehicle control device according to any one of appendices 1 to 3, characterized in that the device includes a transfer function representing an input/output characteristic of a two-inertial system consisting of a load side inertia, and a load-side inertia.
  • the sum model includes a transfer function represented by a ratio of sum mode drive side torque used for vibration suppression control of the left drive source and the right drive source to the sum equivalent value,
  • the difference model includes a transfer function expressed as a ratio of the difference mode drive side torque used for the vibration suppression control to the difference equivalent value.
  • Vehicle control device
  • a vehicle comprising a left drive system including a left axle and a left wheel to which power is transmitted from a left drive source, and a right drive system including a right axle and right wheels to which power is transmitted from a right drive source
  • the left drive A vehicle control method for controlling a power source and an output of the right drive source, the method comprising: A sum model that models the motion states of the left drive system and the right drive system when the vehicle is traveling straight; and a difference model that models the motion states of the left drive system and the right drive system when the vehicle is turning.
  • a vehicle control method comprising controlling outputs of the left drive source and the right drive source using the sum mode instruction torque and the difference mode instruction torque.
  • the sum model includes drive-side inertia calculated based on the inertia of the left drive source and the right drive source, a spring damper designed with stiffness and viscosity, and a load calculated based on the vehicle weight of the vehicle.
  • the difference model is calculated based on drive-side inertia, which is equivalent inertia when a left-right difference occurs, calculated based on a torque difference amplification factor, a spring damper designed with stiffness and viscosity, and yaw inertia of the vehicle.
  • the vehicle control method according to any one of appendices 8 to 10, characterized in that the method includes a transfer function representing an input/output characteristic of a two-inertial system consisting of a load-side inertia, and a load-side inertia.
  • the sum model includes a transfer function represented by a ratio of sum mode drive side torque used for vibration suppression control of the left drive source and the right drive source to the sum equivalent value,
  • the present invention can be used in the manufacturing industry of vehicle control devices, and can also be used in the manufacturing industry of vehicles equipped with vehicle control devices.
  • Vehicle 2 Motor (drive source) 3 Power distribution mechanism 4 Axle 5 Left and right wheels 6 Inverter 7 Battery 10 Vehicle control device 11 Calculation section 12 Storage section 13 Control section 14 Accelerator opening sensor 15 Brake sensor 16 Rudder angle sensor 17 Resolver 18 Wheel speed sensor

Landscapes

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Abstract

開示の車両制御装置(10)は、左車軸(4L)及び左輪(5L)を含む左駆動系と右車軸(4R)及び右輪(5R)を含む右駆動系とを備えた車両(1)において、左駆動源(2L)及び右駆動源(2R)の出力を制御するものであり、左要求トルクと右要求トルクとの和に相当する和相当値及び左要求トルクと右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出する算出部(11)と、車両(1)の直進時における左右駆動系の運動状態をモデル化したものであって和相当値が適用される和モデルと、車両(1)の旋回時における左右駆動系の運動状態をモデル化したものであって差相当値が適用される差モデルと、和モデル及び差モデルにそれぞれ適用して得られる和モード指示トルク及び差モード指示トルクを用いて上記出力を制御する制御部(13)とを備える。

Description

車両制御装置及び車両制御方法
 本件は、車両に搭載される駆動源を制御する車両制御装置及び車両制御方法に関する。
 従来、複数の駆動源を備えた車両において、駆動力伝達系の挙動がモデル化された車両モデルを用いて、駆動力伝達系の振動を抑制しながら各々の駆動源の作動状態を制御する手法が知られている(特許文献1参照)。
特開2019-103249号公報
 駆動力伝達系の挙動(例えば振動)は、車両の直進時と旋回時とで相違する。そのため、車両の直進時に対応する制御と旋回時に対応する制御とを構築する必要があり、制御構成が複雑になりやすいという課題がある。また、車両の走行状態は、直進状態(並進運動)と旋回状態(ヨー運動)とが混合した複合状態になることがあるため、制御性を向上させにくいという課題がある。例えば、左右車軸の一方の振動を抑制するための制御を行う場合、当該制御(出力)が他方の車軸にも影響を与えるため、互いに影響を及ぼさないような非干渉化が必要となり、制御構成が複雑化する。すなわち、直進時と旋回時とで異なる振動特性に対し、左右車軸のそれぞれで適切に振動を抑制することが困難である。
 本件の目的の一つは、上記のような課題に照らして創案されたものであり、簡素な構成で、左右車軸の振動を互いに干渉させることなく抑制できるようにした車両制御装置及び車両制御方法を提供することである。なお、この目的に限らず、後述する「発明を実施するための形態」に示す各構成から導き出される作用効果であって、従来の技術では得られない作用効果を奏することも、本件の他の目的として位置付けられる。
 開示の車両制御装置及び車両制御方法は、以下に開示する態様または具体例として実現でき、上記の課題の少なくとも一部を解決する。
 開示の車両制御装置は、左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両において、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する車両制御装置であって、前記左駆動系又は前記左駆動源への要求トルクである左要求トルクと前記右駆動系又は前記右駆動源への要求トルクである右要求トルクとの和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左要求トルクと前記右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出する算出部と、前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化したものであって前記和相当値が適用される和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化したものであって前記差相当値が適用される差モデルと、前記和相当値を前記和モデルに適用して得られる和モード指示トルクと前記差相当値を前記差モデルに適用して得られる差モード指示トルクとを用いて、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する制御部と、を備える。
 開示の車両制御方法は、左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両において、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する車両制御方法であって、前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化した和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化した差モデルとをあらかじめ用意し、前記左駆動系又は前記左駆動源への要求トルクである左要求トルクと前記右駆動系又は前記右駆動源への要求トルクである右要求トルクとの和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左要求トルクと前記右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出し、前記和相当値を前記和モデルに適用することで和モード指示トルクを取得するとともに、前記差相当値を前記差モデルに適用することで差モード指示トルクを取得し、前記和モード指示トルク及び前記差モード指示トルクを用いて、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する。
 開示の車両制御装置及び車両制御方法によれば、和モデルに和相当値を適用して得られた和モード指示トルクと差モデルに差相当値を適用して得られた差モード指示トルクとを用いて左右の駆動源を制御することで、直進時と旋回時とで異なる振動特性に対し、左右車軸の振動を互いに干渉させることなく抑制できる。また、複雑な非干渉化の制御が不要であることから、簡素な構成で振動抑制を実現できる。
車両制御装置及び車両の構成を示すブロック図である。 車両の駆動系の構造の一例を示す骨子図である。 図2の構造を持つ車両の動力分配機構の速度線図である。 車両制御方法の流れを示すブロック図である。 車両の左駆動系及び右駆動系の構造を模式化した模式図である。 (A)は和モデルの模式図、(B)は差モデルの模式図である。 車両制御装置で実施される振動抑制制御のロジックを示すブロック図である。 直進加速時の振動抑制制御の入出力イメージであり、(A)は左右の車軸要求トルク、(B)は和モード要求トルク及び差モード要求トルク、(C)は和モード指示トルク及び差モード指示トルク、(D)は左右のモータ指示トルクである。 定常旋回時の振動抑制制御の入出力イメージであり、(A)は左右の車軸要求トルク、(B)は和モード要求トルク及び差モード要求トルク、(C)は和モード指示トルク及び差モード指示トルク、(D)は左右のモータ指示トルクである。 一例として導出した伝達関数式で和モードと差モードとにパラメータを分解した表である。
 開示の車両制御装置及び車両制御方法が使用される車両の種類は、例えばエンジン車両(ガソリン自動車,ディーゼル自動車)や電気自動車やハイブリッド自動車であり、少なくとも一つ以上の駆動源(内燃機関やモータ)を用いて左右輪(左右駆動輪)を駆動することで走行する自動車であって、好ましくは複数の駆動源を用いて左右輪(左右駆動輪)を駆動することで走行する自動車である。ここで、複数の駆動源の一つを左駆動源と呼び、他の駆動源の一つを右駆動源と呼ぶ。また、左右輪のうち車両の左側に位置する一方を左輪と呼び、他方を右輪と呼ぶ。開示の車両制御装置及び車両制御方法は、左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と、右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両の制御に使用可能である。
 左駆動源,右駆動源の各々のレイアウトは、その車両の進行方向を基準として定められる左右方向に対応するように設定してもよいし、そうでなくてもよい。また、左駆動系及び右駆動系は、互いに独立して作動するものであってもよいし、変速機構や動力分配機構を介して互いに接続されたものであってもよい。開示の車両制御装置及び車両制御方法は、左右輪の各々が個別のモータで駆動されるインホイールモータ車の制御に活用可能であるとともに、左右輪が互いに駆動力やトルクを伝達可能なトルクベクタリング車の制御にも活用可能である。
[1.構成]
 実施例としての車両制御装置10は、図1に示す車両1に搭載される。車両1は、車幅方向に並んで配置される左右輪5(車輪)と、左右輪5にトルク差を付与する動力分配機構3(差動機構)と、動力分配機構3に接続される一対のモータ2とを具備する。実施例の図中において数字符号に付加されるアルファベットのL,Rは、当該符号にかかる要素の配設位置(車両1の左側や右側にあること)を表す。例えば、5Lは左右輪5のうち車両1の左側に位置する一方(左輪)を表し、5Rは右側に位置する他方(右輪)を表す。左右輪5の前後方向の位置は不問であり、車両1の前輪であっても後輪であってもよい。
 モータ2(駆動源)は、車両1の前輪または後輪の少なくともいずれかを駆動する機能を持つものであり、四輪すべてを駆動する機能を持ちうる。一対のモータ2のうち、左側に配置される一方が左モータ2L(左駆動源)であり、右側に配置される他方が右モータ2R(右駆動源)である。左モータ2L及び右モータ2Rは、互いに独立して作動し、互いに異なる大きさの駆動力を個別に出力しうる。これらのモータ2は、互いに別設された一対の減速機構を介して動力分配機構3に接続される。
 車両1は、一対のモータ2のトルク差を増幅して左右輪5の各々に分配する動力分配機構3を備える。本実施例の動力分配機構3は、ヨーコントロール機能〔AYC(Active Yaw Control)機能〕を持ったディファレンシャル機構であり、左輪5Lに連結される車軸4(左車軸4L)と右輪5Rに連結される車軸4(右車軸4R)との間に介装される。ヨーコントロール機能とは、左右輪5の駆動力(駆動トルク)の分担割合を積極的に制御することでヨーモーメントを調節し、車両1の姿勢を安定させる機能である。動力分配機構3の内部には、遊星歯車機構や差動歯車機構等が内蔵される。なお、一対のモータ2と動力分配機構3とを含む車両駆動装置は、DM-AYC(Dual Motor AYC)装置とも呼ばれる。
 図2に示すように、動力分配機構3は、モータ2の回転速度を減速する一対の減速機構(図2中にて破線で囲んだギヤ列)や変速機構(図2中にて一点鎖線で囲んだギヤ列)を含む。減速機構は、モータ2から出力されるトルク(駆動力)を減速することでトルクを増大させる機構である。減速機構の減速比Gは、モータ2の出力特性や性能に応じて適宜設定される。モータ2のトルク性能が十分に高い場合には、減速機構を省略してもよい。また、変速機構は、左右輪5の各々に伝達されるトルク差を増幅させる機構である。
 図2に示す動力分配機構3の変速機構は、一対の遊星歯車機構を含む。これらの遊星歯車機構は、各々のキャリアに設けられるプラネタリギヤの自転軸同士が連結された構造を持つ。各キャリアは、プラネタリギヤを自転可能に支持するとともに、プラネタリギヤをサンギヤとリングギヤとの間で公転しうるように支持している。また、一方の遊星歯車機構のリングギヤ及びサンギヤには、左右それぞれのモータ2から伝達される駆動力が入力される。左右輪5に伝達される駆動力は、他方の遊星歯車機構のサンギヤ及びキャリアから取り出される。なお、図2に示す動力分配機構3の構造は、ヨーコントロール機能を実現するための一例に過ぎず、他の公知構造を援用することも可能である。
 なお、図2中のJはモータイナーシャ(モータ2の慣性モーメント),Dはモータ粘性(モータ2の粘性),Jは車輪イナーシャ(左右輪5の慣性モーメント)を表す。また、左駆動系のパラメータに関して、TLMは左モータ入力トルク(左モータ指示トルク),TLmは減速機構による減速後の左モータ入力トルク,ωLMは左モータ角速度,ωLmは減速機構による減速後の左モータ角速度,TLinは左駆動側トルク,TLdsは左車軸トルク,TLLは左輪負荷側トルク,ωLdsは左駆動側角速度,ωLLは左輪角速度である。同様に、右駆動系のパラメータに関して、TRMは右モータ入力トルク(右モータ指示トルク),TRmは減速機構による減速後の右モータ入力トルク,ωRMは右モータ角速度,ωRmは減速機構による減速後の右モータ角速度,TRinは右駆動側トルク,TRdsは右車軸トルク,TRLは右輪負荷側トルク,ωRdsは右駆動側角速度,ωRLは右輪角速度である。
 図3は、動力分配機構3の速度線図である。図2及び図3中に示すb,bは、動力分配機構3に内蔵されるギヤの構造に応じて決定されるトルク差増幅率(減速率,差動減速比)を表す。左モータ2Lから右輪5Rへの動力伝達に係るトルク差増幅率はbであり、左モータ2Lから左輪5Lへの動力伝達に係るトルク差増幅率はb+1である。また、右モータ2Rから左輪5Lへの動力伝達に係るトルク差増幅率はbであり、右モータ2Rから右輪5Rへの動力伝達に係るトルク差増幅率はb+1である。
 図1に示すように、一対のモータ2の各々は、インバータ6(6L,6R)を介してバッテリ7に電気的に接続される。インバータ6は、バッテリ7側の直流回路の電力(直流電力)とモータ2側の交流回路の電力(交流電力)とを相互に変換する変換器(DC-ACインバータ)である。また、バッテリ7は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池であり、数百ボルトの高電圧直流電流を供給しうる二次電池である。モータ2の力行時には、直流電力がインバータ6で交流電力に変換されてモータ2に供給される。モータ2の発電時には、発電電力がインバータ6で直流電力に変換されてバッテリ7に充電される。インバータ6の作動状態は、車両制御装置10によって制御される。
 車両制御装置10は、車両1に搭載される電子制御装置(ECU,Electronic Control Unit)の一つである。車両制御装置10は、左モータ2L(左駆動源)からの動力が伝達される左車軸4L及び左輪5Lを含む左駆動系と右モータ2R(右駆動源)からの動力が伝達される右車軸4R及び右輪5Rを含む右駆動系とを備えた車両1において、左モータ2L及び右モータ2Rの各々についての出力を制御する機能を持つ。
 車両制御装置10には、図示しないプロセッサ(中央処理装置),メモリ(メインメモリ),記憶装置(ストレージ),インタフェース装置等が内蔵され、内部バスを介してこれらが互いに通信可能に接続される。車両制御装置10で実施される判定や制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録,保存され、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開され、プロセッサによって実行される。
 車両制御装置10には、アクセル開度センサ14,ブレーキセンサ15,舵角センサ16,レゾルバ17,車輪速センサ18が接続される。アクセル開度センサ14はアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)やその踏み込み速度を検出するセンサである。ブレーキセンサ15は、ブレーキペダルの踏み込み量(ブレーキペダルストローク)やその踏み込み速度を検出するセンサである。舵角センサ16は、左右輪5の舵角(実舵角またはステアリングの操舵角)を検出するセンサである。
 レゾルバ17(17L,17R)は、モータ2の角速度を検出するセンサであり、一対のモータ2の各々に個別に設けられる。レゾルバ17は、モータ2の回転角度の情報を二相の交流電圧として出力する。これらの交流電圧の経時変化から、モータ2の角速度が把握される。また、車輪速センサ18(18L,18R)は、車軸4の角速度を検出するセンサである。車両制御装置10は、上記の各種センサ14~18で検出された各情報に基づいてインバータ6(6L,6R)の作動状態を制御することで、一対のモータ2(2L,2R)の出力を制御する。なお、レゾルバ17の代わりに、内部構造や動作原理が異なる他のセンサ(ホールセンサ,エンコーダ等)を用いてもよい。
[2.車両制御装置]
 図4は、車両制御装置10で実施される制御(実施例としての車両制御方法が使用される、モータ2に関する出力制御)の基本的な考え方(流れ)を示す模式的なブロック図である。本制御では、左駆動系及び右駆動系の振動を、車両1の直進時の振動と車両1の旋回時の振動とに分け、前者を和モードの振動、後者を差モードの振動として分離する。そして、和モードと差モードとのそれぞれで振動を抑制するためのトルクを取得し、取得したトルクを左右の表現に戻してから左モータ2L及び右モータ2Rに出力(指示)する。
 車両制御装置10の記憶装置には、あらかじめ、和モードで用いる和モード振動抑制モデル(以下、単に「和モデル」ともいう)と、差モードで用いる差モード振動抑制モデル(以下、単に「差モデル」ともいう)とが記憶されている。すなわち、本車両制御方法においては、まず、和モデルと差モデルとが用意される。和モデルとは、車両1の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化したモデルであり、差モデルとは、車両1の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化したモデルである。和モデル及び差モデルは、振動抑制に関するモデルである。
 一般的に、車両1は、直進時と旋回時とで生じる振動が異なり、共振周波数も互いに異なる。車両1の種類にもよるが、一例を挙げると、直進時の共振周波数が6Hz程度であるのに対し、旋回時の共振周波数はこれよりも小さく、例えば2Hz程度である。このように、車両1の走行状態が直進状態(並進運動)のときと旋回状態(ヨー運動)のときとで異なる振動を効果的に抑制しつつ、且つ、振動を抑制するための制御(出力)が左右で互いに干渉しないようにするべく、上記の二つのモードに分離し、各モードで使用するモデルが設けられている。すなわち、和モデル及び差モデルは、直進時と旋回時とで異なる共振周波数に対し、直進及び旋回のそれぞれの状態で振動抑制制御を働かせるために用いるモデルである。
 図4に示すように、和モデルは、和相当値を適用されて、車両1の直進時における左駆動系及び右駆動系の振動を抑制するための和モード指示トルクを出力(導出)する。同様に、差モデルは、差相当値を適用されて、車両1の旋回時における左駆動系及び右駆動系の振動を抑制するための差モード指示トルクを出力(導出)する。和相当値とは、左駆動系又は左モータ2Lへの要求トルクである左要求トルクと右駆動系又は右モータ2Rへの要求トルクである右要求トルクとの和に相当する値の総称である。和相当値には、単なる和だけでなく、和に所定の係数を乗じた値や和の半分の値(算術平均値)が含まれる。また、差相当値とは、左要求トルクと右要求トルクとの差に相当する値の総称である。差相当値には、単なる差だけでなく、差に所定の係数を乗じた値が含まれる。
 図4中のステップA1は、左要求トルクと右要求トルクとの和に相当する和相当値を算出する工程に相当する。この工程で算出された和相当値は、図4中のステップA3で和モデルに適用される。その結果、車両1の直進時における左駆動系及び右駆動系の振動抑制用の出力(和モード指示トルク)が取得され、直進に係る車両1の振動状態が効果的に抑制される。また、図4中のステップA2は、左要求トルクと右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出する工程に相当する。この工程で算出された差相当値は、図4中のステップA4で差モデルに適用される。その結果、車両1の旋回時における左駆動系及び右駆動系の振動抑制用の出力(差モード指示トルク)が取得され、旋回に係る車両1の振動状態が効果的に抑制される。
 続いて、上記の制御を実施するための具体的な構成を説明する。図1に示すように、車両制御装置10の内部には、算出部11と記憶部12と制御部13とが設けられる。これらの要素は、車両制御装置10の機能を便宜的に分類して示したものである。これらの要素は、各要素の機能を実現するための独立したプログラムとして記述してもよい。あるいは、複数の要素を合体させて一つの複合プログラムとして記述してもよい。
 算出部11は、和相当値と差相当値とを算出するものである。本実施例の算出部11は、ドライバ操作(例えば、アクセル操作,ブレーキ操作,操舵操作など)に基づいて、左駆動系又は左モータ2Lへの要求トルクを「左要求トルク」として算出するとともに、右駆動系又は右モータ2Rへの要求トルクを「右要求トルク」として算出する。そして、算出部11は、左要求トルクとこれに対応する右要求トルクとに基づいて、和相当値及び差相当値を算出する。なお、左要求トルク及び右要求トルクは、算出部11とは別の算出手段で演算されてもよいし、車両制御装置10とは別の電子制御装置(例えば車両制御装置10の上位ECU)にて演算されてもよい。また、これらの要求トルクの演算方法は特に限られず、上記のドライバ操作に加え、車速情報などに基づき算出されてよい。
 左要求トルクは、例えば左車軸4Lの要求トルクTLds-ref(以下、「左車軸要求トルクTLds-ref」という)である。また、右要求トルクは、例えば右車軸4Rの要求トルクTRds-ref(以下、「右車軸要求トルクTRds-ref」という)である。本実施例では、これらの車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refが、左要求トルク及び右要求トルクとして用いられる場合を例示する。
 また、本実施例では、和相当値として和モード要求トルクTSds-refが求められ、差相当値として差モード要求トルクTDds-ref求められる場合を例示する。以下に、左車軸要求トルクTLds-ref及び右車軸要求トルクTRds-refの和の半分を和相当値とし、左車軸要求トルクTLds-ref及び右車軸要求トルクTRds-refの差の半分を差相当値とする場合の算出式を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 記憶部12は、車両1の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化した(特に振動抑制に関する)モデルである和モデルと、車両1の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化した(特に振動抑制に関する)モデルである差モデルとを記憶するものである。ここで、和モデル及び差モデルを説明する前に、車両1の左駆動系及び右駆動系の模式的な構造を説明する。
 図5は、車両1の左駆動系及び右駆動系の構造を模式化した模式図である。左車軸4L及び右車軸4Rのそれぞれは、ばね(車軸剛性K)とダンパ(車軸粘性D)とを並列に接続した構造物に準えることができる。図5中のJLMは左車軸4Lに対する動力分配機構3側(駆動側)のイナーシャ,JLwは左車軸4Lに対する左輪5L側(負荷側)のイナーシャ,JRMは右車軸4Rに対する動力分配機構3側(駆動側)のイナーシャ,JRwは右車軸4Rに対する右輪5R側(負荷側)のイナーシャである。また、図5には、左駆動側角速度ωLdsの微分値(左駆動側角加速度),左輪角速度ωLLの微分値(左輪角加速度),右駆動側角速度ωRdsの微分値(右駆動側角加速度),右輪角速度ωRLの微分値(右輪角加速度)が併せて示されている。
 上記の模式図に基づき、和モデルの構成は図6(A)に示すような構成としてモデル化され、差モデルの構成は図6(B)に示すような構成としてモデル化される。和モデルは、車両1の直進に係る車軸4及び左右輪5に対する振動抑制制御に適用され、差モデルは、車両1の旋回に係る車軸4及び左右輪5に対する振動抑制制御に適用される。
 本実施例では、和モデルに、直進時の共振が発生しにくい特性(直進時の共振周波数成分を含まない特性)が与えられ、差モデルに、旋回時の共振が発生しにくい特性(旋回時の共振周波数成分を含まない特性)が与えられる。このように、和モデルと差モデルとで共振周波数を変えて制御することで、あらゆる走行状態での振動抑制が可能となる。なお、本実施例ではこれらの和モデル及び差モデルがともに2慣性系モデルであるが、各々を3つ以上の慣性モーメントやばねダンパからなる多慣性系モデルとして構成してもよい。
 図6(A)に示すように、和モデルは、駆動側慣性JSMと、剛性K及び粘性Dで設計されるばねダンパと、負荷側慣性(和モード車輪ノミナルイナーシャ)JSLとから構成される。駆動側慣性JSMは、駆動源(左駆動源及び右駆動源)の慣性Jに基づいて算出され、例えばJSM=Gである。また、負荷側慣性JSLは、車体重量M(車輪換算)に基づいて算出される。
 なお、駆動側慣性JSMや負荷側慣性JSLに加え、駆動側粘性DSM及び負荷側粘性DSLも考慮してもよい。駆動側粘性DSMは、駆動源(左駆動源及び右駆動源)の粘性Dに基づいて算出され、例えばDSM=Gである。なお、図6(A)中のTSinは和モード駆動側トルク,TSdsは和モード車軸トルク,TSLは和モード車輪負荷側トルク,ωSdsは和モード駆動側角速度,ωSLは和モード車輪角速度である。和モデルは、上記2慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む関係式で表されてよい。和モデルに係る運動方程式を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 図6(B)に示すように、差モデルは、左右差発生時(旋回時)の等価慣性である駆動側慣性JDMと、剛性K及び粘性Dで設計されるばねダンパと、負荷側慣性(差モード車輪ノミナルイナーシャ)JDLとから構成される。駆動側慣性JDMは、駆動源(左駆動源及び右駆動源)の慣性J及び動力分配機構3のトルク差増幅率(b,b等)に基づいて算出され、例えばJDM=(2b+1)である。また、負荷側慣性JDLは、車両1のヨー慣性(車輪換算)に基づいて算出される。
 なお、駆動側慣性JDM及び負荷側慣性JDLに加え、駆動側粘性DDM及び負荷側粘性DDLも考慮してもよい。駆動側粘性DDMは、駆動源(左駆動源及び右駆動源)の粘性D及びトルク差増幅率(b,b等)に基づいて算出され、例えばDDM=(2b+1)である。なお、図6(B)中のTDinは差モード駆動側トルク,TDdsは差モード車軸トルク,TDLは差モード車輪負荷側トルク,ωDdsは差モード駆動側角速度,ωDLは差モード車輪角速度である。差モデルも、上記2慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む関係式で表されてよい。差モデルに係る運動方程式を以下に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 制御部13は、記憶部12に記憶された上記の和モデルに、算出部11で算出された和相当値を適用することで、車両1の直進時における左駆動系及び右駆動系の振動を抑制するための和モード指示トルクを取得する。差モデルについても同様であり、制御部13は、記憶部12に記憶された上記の差モデルに、算出部11で算出された差相当値を適用することで、車両1の旋回時における左駆動系及び右駆動系の振動を抑制するための差モード指示トルクを取得する。そして、制御部13は、取得した和モード指示トルク及び差モード指示トルクを用いて、左モータ2L及び右モータ2Rの出力を制御する。
 具体的には、制御部13は、和モード指示トルクと差モード指示トルクとから左モータ指示トルクTLM及び右モータ指示トルクTRMを算出して、左右のモータ2を制御する。ここでは、算出部11での算出方法に合わせて、和モード指示トルクから差モード指示トルクを減じた値の半分が左モータ指示トルクTLMとして出力され、和モード指示トルクと差モード指示トルクとの和の半分が右モータ指示トルクTRMとして出力される。
 図7は、車両制御装置10で実施される振動抑制制御のロジックを示すブロック図である。なお、振動抑制制御とは、和モデル及び差モデルに基づいて和モード指示トルク及び差モード指示トルクを求める制御のことであり、フィードフォワード制御(オープンループ制御)である。ここでは、和モード指示トルクの具体例として、和モード駆動側トルクTSinを挙げ、差モード指示トルクの具体例として、差モード駆動側トルクTDinを示す。図7中のプラントとは、各車軸4よりも動力伝達経路の上流側に位置する物体(モータ2,動力伝達機構3に含まれる軸やギヤなど)である。
 図7に示すように、算出部11において、左右の車軸要求トルクTLds-ref,TRds-ref(左右要求トルク)に基づいて算出された和モード要求トルクTSds-ref(和相当値)及び差モード要求トルクTDds-ref(差相当値)は、和モデル及び差モデルに適用され、この結果、和モード指示トルクTSinと差モード指示トルクTDinとが取得される。制御部13は、和モード指示トルクTSinと差モード指示トルクTDinとに基づいて一対のモータ2の各々が出力すべきトルクを指示トルクTLM,TRMとして算出し、そのトルクが得られるように一対のインバータ6を駆動する。
 これにより、実際の左右の車軸トルクが車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refに対して精度よく追従するようになり、車軸トルク(駆動トルク)の制御性が向上して、車軸4の振動(ひいては車両1の振動)が効果的に抑制される。また、和モデルと差モデルとが独立して設けられることから、和モード指示トルクTSinと差モード指示トルクTDinとに異なる特性を付与することが容易である。この点について図8及び図9を用いて説明する。
 図8は直進加速時の振動抑制制御の入出力イメージであり、図9は定常旋回時の振動抑制制御の入出力イメージである。各図において、(A)は左右の車軸要求トルクTLds-ref,TRds-ref、(B)は和モード要求トルクTSds-ref及び差モード要求トルクTDds-ref、(C)は和モード指示トルクTSin及び差モード指示トルクTDin、(D)は左右のモータ指示トルクTLM,TRMの時間変化を示すグラフである。
 図8(A)に示すように、車両1が直進状態のときに、ある時点tでアクセルペダルが踏まれ、その後の時点tでアクセルペダルが戻されると、左右の車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refが時点tで立ち上がったのち時点tで立ち下がる。図8(B)に示すように、和モード要求トルクTSds-refは、二つの車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refの和となり、差モード要求トルクTDds-refは、二つの車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refの差(すなわち0)となる。
 これら和モード要求トルクTSds-ref及び差モード要求トルクTDds-refが和モデル及び差モデルにそれぞれ適用されると、図8(C)に示すように、和モード指示トルクTSinは、立ち上がりの時点t及び立ち下がりの時点tで値が大きく変化し、差モード指示トルクTDinは0のままとなる。そして、図8(D)に示すように、和モード指示トルクTSin及び差モード指示トルクTDinが左右のモータ指示トルクTLM,TRMに変換されることで、左右それぞれにおいて、時点t及び時点tで値が大きく変化する。
 このように、左右の車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refの立ち上がり時点tと立ち下がり時点tとで、あえてモータ指示トルクTLM,TRMを変化させることで、実際にプラントを通ったあとの車軸実トルクが揺れないようになり、車両1の直進時の振動が抑制される。
 図9(A)に示すように、車両1がある時点tで定常旋回を開始し、その後の時点tで旋回が終了すると、左右の車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refが時点tで立ち上がったのち時点tで立ち下がる。図9(B)に示すように、和モード要求トルクTSds-refは、二つの車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refの和となり、差モード要求トルクTDds-refは、二つの車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refの差となる。
 これら和モード要求トルクTSds-ref及び差モード要求トルクTDds-refが和モデル及び差モデルにそれぞれ適用されると、図9(C)に示すように、和モード指示トルクTSinは特に変化が無く、差モード指示トルクTDinは立ち上がりの時点t及び立ち下がりの時点tで値が大きく変化する。そして、図9(D)に示すように、和モード指示トルクTSin及び差モード指示トルクTDinが左右のモータ指示トルクTLM,TRMに変換されることで、左右それぞれにおいて、時点t及び時点tで値が大きく変化する。
 このように、旋回時においても、左右の車軸要求トルクTLds-ref,TRds-refの立ち上がり時点tと立ち下がり時点tとで、あえてモータ指示トルクTLM,TRMを変化させることで、実際にプラントを通ったあとの車軸実トルクが揺れないようになり、車両1の旋回時の振動が抑制される。
 本実施例の和モデルは、和相当値に対する、モータ2の振動抑制制御に用いる和モード駆動側トルクTSinの比で表される伝達関数を含む。同様に、本実施例の差モデルは、差相当値に対する、モータ2の振動抑制制御に用いる差モード駆動側トルクTDinの比で表される伝達関数を含む。このような伝達関数により、レゾルバ17や車輪速センサ18のセンサ値を使うことなく(すなわちフィードフォワードで)、プラントを通って車軸4に伝わるまでに、要求通りの出力となる指示トルクを演算できる。以下、動力分配機構3を備えた車両1で設定可能な和モデル及び差モデルの伝達関数の一例を説明する。
[3.和モデル及び差モデルの具体例]
 上記の和モデル及び差モデルの導出に関して、動力分配機構3は、ベクトル表現を用いて以下のように数式化してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 上記の数式を用いて、駆動側の運動方程式(和・差)を左右それぞれで立式すると、以下の通りとなる。式中のZ11は左駆動源(左モータ2L)から左軸(左車軸4L)にかかる減速比,Z22は右駆動源(右モータ2R)から右軸(右車軸4R)にかかる減速比,Zは左右駆動源からそれぞれの反対側の軸にかかる減速比である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 上記の数式の両辺に和・差モードへ変換するための行列を作用させると、以下の式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 ここで、b=b=bとすれば、Z11-Z=Z22-Z=|Z|,Z11+Z=Z22+Z=1となることから、以下のように数式を変形でき、和・差モードに対応するモータ2の運動方程式を得ることができる。こうして、駆動側の運動方程式を和・差モードの各々に分解することで、両者が非干渉化される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 また、駆動側の運動方程式の導出と同様に、左右輪5(負荷側)と車軸4についての運動方程式は、以下のように数式化してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 ここで、左右輪5(負荷側)のダイナミクスは上記の数4のPで表されるため、上記の数8の左右輪5(負荷側)についての運動方程式は、以下のように書き換えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 振動抑制制御はフィードフォワード制御であり、外乱を考慮しないため、和モード車輪負荷側トルクTSL=0,差モード車輪負荷側トルクTDL=0となり、以下の数10となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 また、駆動側のダイナミクスは上記の数4のPで表されるため、上記の数7の駆動側についての運動方程式は、以下のように書き換えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 さらに、車軸4のダイナミクスは上記の数4のPDSで表されるため、上記の数8の車軸4についての運動方程式は、以下のように書き換えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 上記の数12中のωSds,ωDds,ωSL,ωDLに、数10及び数11を代入し、さらに、JSM=G,DSM=G,JDM=(2b+1),DDM=(2b+1)として整理すると、以下の式が得られる。これで、車軸4へ和モード駆動側トルクTSin,差モード駆動側トルクTDinが適用されたときの、和モード車軸トルクTSds,差モード車軸トルクTDdsが求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 上記の数13の伝達関数を逆数にし、例えば上位ECUで演算された要求トルクをTSds-ref,TDds-refとして、数13の車軸トルクTSds,TDdsにこれら要求トルクTSds-ref,TDds-refを代入すると、以下の式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 なお、上記の数14ではプロパーな伝達関数ではないため、2次のローパスフィルタにより、プロパー化すると、以下の式が得られる。これにより、要求通りの和・差モードの車軸トルクTSds-ref,TDds-refにするために、モータ2に与えるべきトルク(すなわち、和モード指示トルクTSin及び差モード指示トルクTDin)を計算できる。つまり、下記の数15が、和モデル及び差モデルに含まれる伝達関数の一例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 また、導出された伝達関数式で和モデル及び差モデルのパラメータを分解すると、図10に示すように、和モデルにしか登場しないパラメータ(車体重量M)と、差モデルにしか登場しないパラメータ(ヨー慣性I)とが存在することがわかる。これらのパラメータM,Iは、和モデルと差モデルとで互いに干渉しないパラメータであり、以下「非干渉パラメータ」という。
 本実施例の車両制御装置10では、車両1の適合プロセスにおいて、非干渉パラメータM,Iが調整係数として用いられる。つまり、車両1の直進状態(並進運動)に着目した和モデルでは、非干渉パラメータとしての車体重量Mを調整して適合することで、旋回状態に影響を与えることがない。同様に、車両1の旋回状態(ヨー運動)に着目した差モデルでは、非干渉パラメータとしてのヨー慣性Iを調整して適合することで、直進状態に影響を与えることがない。
[4.効果]
 (1)上記の車両制御装置10は、算出部11と和モデル及び差モデルと制御部13とを備える。算出部11は、左要求トルクと右要求トルクとの和に相当する和相当値を算出するとともに、左要求トルクと右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出する。また、和モデルは、車両1の直進時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化したものであって和相当値が適用される。差モデルは、車両1の旋回時における左駆動系及び右駆動系の運動状態をモデル化したものであって差相当値が適用される。
 そして、制御部13は、和モデルに和相当値を適用して得られた和モード指示トルクと差モデルに差相当値を適用して得られた差モード指示トルクとを用いて左右のモータ2を制御する。このような構成により、直進時と旋回時とで異なる振動特性に対し、左右の車軸4の振動を互いに干渉させることなく抑制できる。また、直進状態に対応する和モデルと旋回状態に対応する差モデルとを分離し、互いに独立したモデルとして構築することで、複雑な非干渉化の制御が不要であることから、よりシンプルに設計できるようになり、簡素な構成で振動抑制を実現できる。
 (2)上記の実施例では、和モデル及び差モデルがともに2慣性系モデルで構築されうる。このような構成により、簡素な構成で、車両1の直進時,旋回時における左右駆動系の運動状態(特に振動抑制)に関するモデルを構築できる。また、直進と旋回とで異なる振動特性に対して、それぞれで粘弾性を考慮した制御が可能となる。したがって、車両1の制御性を改善でき、より高い振動抑制効果が得られる。
 (3)上記の和モデルは、図6(A)に示すように、左駆動源及び右駆動源の慣性に基づいて算出される駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、車両1の車体重量に基づいて算出される負荷側慣性とから構成された2慣性系の入出力特性を表す伝達関数で表現しうる。これにより、粘弾性を考慮した直進時の振動を効果的に抑制でき、車両1の制御性を改善できる。
 (4)上記の差モデルは、図6(B)に示すように、トルク差増幅率に基づいて算出される左右差発生時の等価慣性である駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、車両1のヨー慣性に基づいて算出される負荷側慣性とから構成された2慣性系の入出力特性を表す伝達関数で表現しうる。これにより、粘弾性を考慮した旋回時の振動を効果的に抑制でき、車両1の制御性を改善できる。
 (5)上記の実施例では、数15で示すように、和モデルが、和相当値(例えば和モード要求トルクTSds-ref)に対する和モード駆動側トルクTSinの比で表される伝達関数を含み、差モデルが、差相当値(例えば差モード要求トルクTDds-ref)に対する差モード駆動側トルクTDinの比で表される伝達関数を含む。このような伝達関数を含むモデルを用いてフィードフォワードにより振動抑制制御を実施することで、センサ値を使うことなく、要求通りの出力となる指示トルクを演算でき、左右車軸4のそれぞれで適切に振動を抑制できる。
 (6)また、上記の車両制御装置10では、適合プロセスにおいて、非干渉パラメータM,Iが調整係数として用いられることから、直進状態での適合と旋回状態での適合とで、互いに干渉させることなく効率よく実施できる。
[5.その他]
 上記の実施例はあくまでも例示に過ぎず、本実施例で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施例の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、本実施例の各構成は必要に応じて取捨選択でき、あるいは、適宜組み合わせることができる。
 例えば、上記の車両制御装置10において、制御部13が、左モータ2L及び右モータ2Rの出力を制御する際に、車両1の運転者要求又は車両1の加速状態を考慮してもよい。運転者要求としては、例えばハンドル角やアクセル操作が挙げられる。また、加速状態としては、前後加速度(前後G),横加速度(横G)が挙げられる。制御部13は、運転者要求及び加速状態のいずれか一方を考慮してもよいし、双方を考慮してもよい。制御部13は、例えば、和モデル及び差モデルに含まれる伝達関数式に、運転者要求(例えばハンドル角)や加速状態(前後G,横G)のパラメータを入れることで、これらを考慮した制御を実施可能である。
 また、上記の実施例では、左要求トルクとして左車軸要求トルクTLds-refが用いられ、右要求トルクとして右車軸要求トルクTRds-refが用いられる場合を例示したが、左要求トルクとして左モータ2Lへの要求トルクを用いてもよいし、右要求トルクとしての右モータ2Rへの要求トルクを用いてもよい。
 上記の実施例では、一対のモータ2を駆動源として搭載した車両1を例示したが、モータ2の代わりに内燃機関を適用してもよく、駆動源の具体的な種類は不問である。また、一対のモータ2と動力分配機構3とを含む車両駆動装置(DM-AYC装置)を備えた車両1を例示したが、和モデル及び差モデルの考え方はあらゆる車両に適用可能であり、例えば動力分配機構3を持たない車両やインホイールモータ車両にも適用可能である。少なくとも、左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両であれば、上記の実施例と同様の制御を実施することができ、上記の実施例と同様の作用,効果を獲得できる。
[6.付記]
 上記の実施例や変形例に関して、以下の付記を開示する。
[付記1]
 左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両において、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する車両制御装置であって、
 前記左駆動系又は前記左駆動源への要求トルクである左要求トルクと前記右駆動系又は前記右駆動源への要求トルクである右要求トルクとの和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左要求トルクと前記右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出する算出部と、
 前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化したものであって前記和相当値が適用される和モデルと、
 前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化したものであって前記差相当値が適用される差モデルと、
 前記和相当値を前記和モデルに適用して得られる和モード指示トルクと前記差相当値を前記差モデルに適用して得られる差モード指示トルクとを用いて、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する制御部と、を備える
ことを特徴とする、車両制御装置。
[付記2]
 前記和モデル及び前記差モデルが、ともに2慣性系モデルである
ことを特徴とする、付記1に記載の車両制御装置。
[付記3]
 前記和モデルが、前記左駆動源及び前記右駆動源の慣性に基づいて算出される駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両の車体重量に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された2慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
ことを特徴とする、付記1又は2に記載の車両制御装置。
[付記4]
 前記差モデルが、トルク差増幅率に基づいて算出される左右差発生時の等価慣性である駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両のヨー慣性に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された2慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
ことを特徴とする、付記1~3のいずれか一つに記載の車両制御装置。
[付記5]
 前記和モデルが、前記和相当値に対する、前記左駆動源及び前記右駆動源の振動抑制制御に用いる和モード駆動側トルクの比で表される伝達関数を含み、
 前記差モデルが、前記差相当値に対する、前記振動抑制制御に用いる差モード駆動側トルクの比で表される伝達関数を含む
ことを特徴とする、付記1~4のいずれか一つに記載の車両制御装置。
[付記6]
 前記制御部は、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する際に、前記車両の運転者要求又は前記車両の加速状態を考慮する
ことを特徴とする、付記1~5のいずれか一つに記載の車両制御装置。
[付記7]
 前記和モデルと前記差モデルとで互いに非干渉なパラメータが各々の伝達関数に含まれ、
 前記車両の適合プロセスにおいて、当該パラメータが調整係数として用いられる
ことを特徴とする、付記1~6のいずれか一つに記載の車両制御装置。
[付記8]
 左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両において、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する車両制御方法であって、
 前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化した和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化した差モデルとをあらかじめ用意し、
 前記左駆動系又は前記左駆動源への要求トルクである左要求トルクと前記右駆動系又は前記右駆動源への要求トルクである右要求トルクとの和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左要求トルクと前記右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出し、
 前記和相当値を前記和モデルに適用することで和モード指示トルクを取得するとともに、前記差相当値を前記差モデルに適用することで差モード指示トルクを取得し、
 前記和モード指示トルク及び前記差モード指示トルクを用いて、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する
ことを特徴とする、車両制御方法。
[付記9]
 前記和モデル及び前記差モデルが、ともに2慣性系モデルである
ことを特徴とする、付記8に記載の車両制御方法。
[付記10]
 前記和モデルが、前記左駆動源及び前記右駆動源の慣性に基づいて算出される駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両の車体重量に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された2慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
ことを特徴とする、付記8又は9に記載の車両制御方法。
[付記11]
 前記差モデルが、トルク差増幅率に基づいて算出される左右差発生時の等価慣性である駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両のヨー慣性に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された2慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
ことを特徴とする、付記8~10のいずれか一つに記載の車両制御方法。
[付記12]
 前記和モデルが、前記和相当値に対する、前記左駆動源及び前記右駆動源の振動抑制制御に用いる和モード駆動側トルクの比で表される伝達関数を含み、
 前記差モデルが、前記差相当値に対する、前記振動抑制制御に用いる差モード駆動側トルクの比で表される伝達関数を含む
ことを特徴とする、付記8~11のいずれか一つに記載の車両制御方法。
 [付記13]
 前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する際に、前記車両の運転者要求又は前記車両の加速状態を考慮する
ことを特徴とする、付記8~12のいずれか一つに記載の車両制御方法。
 本件は、車両制御装置の製造産業に利用可能であり、車両制御装置を搭載する車両の製造産業にも利用可能である。
1 車両
2 モータ(駆動源)
3 動力分配機構
4 車軸
5 左右輪
6 インバータ
7 バッテリ
10 車両制御装置
11 算出部
12 記憶部
13 制御部
14 アクセル開度センサ
15 ブレーキセンサ
16 舵角センサ
17 レゾルバ
18 車輪速センサ

Claims (8)

  1.  左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両において、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する車両制御装置であって、
     前記左駆動系又は前記左駆動源への要求トルクである左要求トルクと前記右駆動系又は前記右駆動源への要求トルクである右要求トルクとの和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左要求トルクと前記右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出する算出部と、
     前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化したものであって前記和相当値が適用される和モデルと、
     前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化したものであって前記差相当値が適用される差モデルと、
     前記和相当値を前記和モデルに適用して得られる和モード指示トルクと前記差相当値を前記差モデルに適用して得られる差モード指示トルクとを用いて、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する制御部と、を備える
    ことを特徴とする、車両制御装置。
  2.  前記和モデル及び前記差モデルが、ともに2慣性系モデルである
    ことを特徴とする、請求項1記載の車両制御装置。
  3.  前記和モデルが、前記左駆動源及び前記右駆動源の慣性に基づいて算出される駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両の車体重量に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された2慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
    ことを特徴とする、請求項2記載の車両制御装置。
  4.  前記差モデルが、トルク差増幅率に基づいて算出される左右差発生時の等価慣性である駆動側慣性と、剛性及び粘性で設計されるばねダンパと、前記車両のヨー慣性に基づいて算出される負荷側慣性と、から構成された2慣性系の入出力特性を表す伝達関数を含む
    ことを特徴とする、請求項2又は3記載の車両制御装置。
  5.  前記制御部は、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する際に、前記車両の運転者要求又は前記車両の加速状態を考慮する
    ことを特徴とする、請求項1又は2記載の車両制御装置。
  6.  前記和モデルと前記差モデルとで互いに非干渉なパラメータが各々の伝達関数に含まれ、
     前記車両の適合プロセスにおいて、当該パラメータが調整係数として用いられる
    ことを特徴とする、請求項3記載の車両制御装置。
  7.  前記和モデルと前記差モデルとで互いに非干渉なパラメータが各々の前記伝達関数に含まれ、
     前記車両の適合プロセスにおいて、当該パラメータが調整係数として用いられる
    ことを特徴とする、請求項4記載の車両制御装置。
  8.  左駆動源からの動力が伝達される左車軸及び左輪を含む左駆動系と右駆動源からの動力が伝達される右車軸及び右輪を含む右駆動系とを備えた車両において、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する車両制御方法であって、
     前記車両の直進時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化した和モデルと、前記車両の旋回時における前記左駆動系及び前記右駆動系の運動状態をモデル化した差モデルとをあらかじめ用意し、
     前記左駆動系又は前記左駆動源への要求トルクである左要求トルクと前記右駆動系又は前記右駆動源への要求トルクである右要求トルクとの和に相当する和相当値を算出するとともに、前記左要求トルクと前記右要求トルクとの差に相当する差相当値を算出し、
     前記和相当値を前記和モデルに適用することで和モード指示トルクを取得するとともに、前記差相当値を前記差モデルに適用することで差モード指示トルクを取得し、
     前記和モード指示トルク及び前記差モード指示トルクを用いて、前記左駆動源及び前記右駆動源の出力を制御する
    ことを特徴とする、車両制御方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020058156A (ja) * 2018-10-03 2020-04-09 三菱自動車工業株式会社 モーター制御装置
WO2021075415A1 (ja) * 2019-10-16 2021-04-22 三菱自動車工業株式会社 電動車両のモータ制御装置

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