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JP2005151691A - 電動車両の制御装置 - Google Patents

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Ichiro Yamaguchi
一郎 山口
Hideaki Inoue
秀明 井上
Yoshitaka Deguchi
欣高 出口
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

【課題】旋回時にも損失エネルギーに少ない電動車両制御装置を提供する。
【解決手段】モータ1〜4を搭載した電動車両において、車輪速センサ9〜12によって車両の速度を検出し、アクセルペダルセンサ20とブレーキペダルセンサ22とから要求駆動力、また、ステアリング角センサ24から要求左右車輪駆動トルク差を検出する。また、コントローラ18によって、車両速度と要求駆動力と要求左右車輪駆動トルク差からモータ1〜4の損失エネルギーが最小となる駆動トルクを配分を決定し、決定した駆動トルクにモータ1〜4を制御する。
【選択図】 図1

Description

本発明は電動車両の駆動力制御に関するものである。
従来、電動車両の駆動力源として複数のモータを使用し、車両速度と要求駆動力に基づいて、エネルギー効率が最良となるように各モータの駆動指令値を決定して各モータを制御し、更に、左右輪を独立して駆動する場合には、旋回時における内外輪の速度差を勘案し、ステア操作が大きい場合には旋回の内輪側の駆動力指令値を減少させるものが、特許文献1に開示されている。
特開平2−133005号公報
しかし、上記の発明では、左右輪の駆動力差を利用して旋回を行うことができる図1の(a)、(b)、(c)ような電動車両において、左右輪の駆動力差を利用して旋回を行う場合には、車両速度と要求駆動力に基づいて各モータの消費エネルギー量の総和が最小となるように各モータの駆動力配分を行った後、左右輪に駆動力差が発生するようにモータの駆動力配分を調整しているため、各モータの消費エネルギー量の総和が最小とならないといった問題点がある。
具体的な例を、図1(c)の電動車両を基に説明する。図1(c)において4台のモータ201から204は図2に示す特性を有する同一のモータと車輪を使用しており、モータと車輪間の減速比も全て等しいとする。図2はモータの回転数及び駆動トルクと、各運転点においてモータを動作させることによって生じる損失エネルギーの関係を示した図で、同じ損失エネルギーが発生する点を等高線で結んでいる。またこれ以降、図1の左前輪205のモータ201の駆動トルクをMfl、右前輪の206モータ202の駆動トルクをMfr、左後輪207のモータ203の駆動トルクをMbl、右後輪208のモータ204の駆動トルクをMbrとする。
今、要求駆動トルクが0で、要求左右車輪駆動トルク差が4ξ×R(=左輪側駆動トルク−右輪側駆動トルク,Rは各輪の半径)の場合を考える。従来の技術による配分では、まず要求駆動トルクを満たしながら、且つ損失エネルギーが最小となるように、Mfl=Mfr=Mbl=Mbr=0と配分した後、左右車輪の駆動トルク差を付けるために、例えばMf11=ξ、Mfr=−ξ、Mbl=ξ、Mbr=−ξとなるように設定される。従って図2より、この時各モータで発生するエネルギー損失の総和Ljは、式(1)で表される。
Lj=α2×4=α1×8・・・式(1)
ここで、もしMfl=2ξ,Mfr=0,Mbl=0,Mbr=−2ξと配分した場合を考える。この配分でも各モータ201から204の駆動トルクの合計は2ξ+0+0+(−2ξ)=0、左右輪の駆動トルク差は(2ξ+0)−(0+(−2ξ))=4ξとなり、要求値を満たしている。この時の各モータのエネルギー損失の総和Lnは、式(2)で表される。
Ln=α3+0+0+α3=α3×2=α1×6・・・式(2)
従って、式(1)及び式(2)から明らかなように、従来の技術では左右車輪の駆動トルク差を考慮して、各モータ201から204の駆動トルク配分を行っていないために、各モータ201から204の損失エネルギーの合計が最小化されない、即ち消費エネルギーが最小化されない場合が発生することが分かる。
本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、車両速度と要求駆動力だけでなく、要求される左右車輪駆動トルク差をも考慮して、各モータ201から204の損失エネルギーが最小となるように各モータ201から204のトルクを配分し、電動車両の電力の消費量を低減しようとすることを目的とする。
本発明では、複数のモータを搭載した電動車両において、電動車両の速度を検出する車両速度検出手段と、電動車両に要求される駆動力と左右車輪の駆動トルク差を検出する要求駆動力検出手段、及び要求左右輪駆動トルク差検出手段と、車両速度と要求駆動力と要求左右車輪駆動トルク差に基づいて、モータの損失エネルギーの合計値が最小となるようにモータへの駆動トルクを配分する駆動トルク配分決定手段と、決定した駆動トルクにモータを制御する駆動トルク制御手段と、を備える。
本発明によると、電動車両の車両速度と要求される駆動力と要求される左右車輪駆動トルク差に応じて、各モータの損失エネルギーの合計量が最小となるように各モータへ駆動力を配分するので、左右車輪に駆動力差を生じさせて旋回を行う場合にも損失エネルギーを低減することができる。
本発明の第1実施形態の電動車両の構成を図3のブロック図を用いて説明する。
電動車両は、回転半径Rが等しい4本の車輪5〜8と、左前輪5を駆動するモータ1と、右前輪6を駆動するモータ2と、左後輪7を駆動するモータ3と、右後輪8を駆動するモータ4を備える。モータ1とモータ2、及びモータ3とモータ4は運転状態によって発生する損失エネルギーなどの性能がそれぞれ同じである。また、アクセルペダル19と、ブレーキペダル21と、ステアリング23を備える。なお、モータ1〜4は、例えば三相同期電動機や三相誘電電動機などの力行運転及び回生運転を行うことができる交流電動機である。
また、モータ1〜4へ電力を供給するバッテリ17と、バッテリ17とモータ1〜4の間で直流電流と交流電流を互いに変換するインバータ13〜16を備える。なお、バッテリ17はニッケル水素電池、或いはリチウムイオン電池である。
モータ1〜4と車輪5〜8の間に各車輪の速度を検出する車輪速度検出手段である車輪速センサ9〜12と、アクセルペダル19の踏み込み量を検出するアクセルストロークセンサ20と、ブレーキペダル21の踏み込み量を検出するブレーキストロークセンサ22と、ステアリング23の回転角を検出するステアリング角センサ24を備える。
また、CPU、ROM、RAM、インターフェース回路及びインバータ回路などからなり、電動車両を制御するコントローラ18を備える。
運転者によって踏み込まれたアクセルペダル19、ブレーキペダル21の量に応じて、モータ1〜4が直接連結された各車輪5〜8を駆動、すなわち減速比1で駆動し、電動車両を走行、停止させる。力行運転時にバッテリ17から放電される直流電流は、インバータ13〜16によって交流電流に変換され、モータ1〜4を駆動する。また、回生時には回生エネルギーの一部はモータ1〜4によって発電され、発電された交流電流はインバータ13〜16によって直流電流に変換され、その後バッテリ17に充電される。
車輪速センサ9〜12によって検出された各車輪5〜8の回転速度と、アクセルペダル19及びブレーキペダル21の踏み込み量と、ステアリング23の回転角度に応じて、コントローラ18はモータ1〜4のトルク配分を行い、制御する。
次にコントローラ18における制御について図5のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、ここでは左右の車輪の駆動トルクの差を表すときには、左車輪に配分される駆動トルクが右車輪に配分される駆動トルクよりも大きい場合を正とし、ステアリング23の回転角θは時計回りを正とする。
ステップS10では左前輪5、右前輪6、左後輪7、右後輪8の回転速度ωfl、ωfr、ωrl、ωrrをそれぞれ車輪速センサ9〜12によって検出し、その回転速度に回転半径Rを乗じて車輪速度Vwfl、Vwfr、Vwrl、Vwrrを算出する。また、アクセルペダル19の踏み込み量Apをアクセルストロークセンサ20、ブレーキペダル21の踏み込み量Bpをブレーキストロークセンサ21によって検出する。さらにステアリング23の回転角θをステアリング角センサ24によって検出する。
ステップS11において、ステップS10で検出した各車輪5〜8の車輪速度の平均値として車両速度Vspを式(3)によって算出する(車両速度検出手段)。
Vsp=(Vwfl+Vwfr+Vwrl+Vwrr)/4 式(3)
ステップS12では、ステップS10において検出したアクセルペダル19の踏み込み量ApとステップS11において算出した車両速度Vspを基にして図6のマップにより電動車両の駆動トルクTa_aを読み取る。なお、図6は車両速度Vspとアクセルペダル19の踏み込み量Apと、駆動トルクTa_aの関係を表したマップであり、駆動トルクTa_aは、踏み込み量Apが多く、車両速度Vspが遅いほど高くなる。また、ステップS10において検出したブレーキペダル21の踏み込み量Bpと車両速度Vspを基にして図7のマップにより電動車両の駆動トルクTa_bを読み取る。なお、図7はブレーキペダル21の踏み込み量Bpと駆動トルクTa_bの関係を表したマップであり、駆動トルクTa_bは踏み込み量Bpが多いほど低くなる。図6、図7のマップは予め実験などから求められており、ROMに記憶させてある。そして、これらの駆動トルクから電動車両全体の要求駆動トルクTaを式(4)によって算出する(要求駆動力検出手段)。
Ta=Ta_a+Ta_b 式(4)
ステップS13において、ステアリング23の回転角θと車両速度Vspを基にして、図8のマップより必要なヨーレートを得るために必要な左車輪と右車輪に掛かる駆動トルクの差である車両全体の要求左右車輪駆動トルク差ΔTaを読み取る。なお、図8は電動車両の車両速度Vspとステアリング23の回転角θと要求左右車輪駆動トルク差ΔTaの関係を表したマップであり、回転角θの角度が大きく、車両速度Vspが遅いほど要求左右車輪駆動トルク差ΔTaは大きくなる。また、図8のマップは予め実験などから求められており、ROMに記憶させておく(要求左右車輪駆動トルク差検出手段)。
ステップS14では、ステップS11からステップS13において求めた車両速度Vspと要求駆動トルクTaと要求左右車輪駆動トルク差ΔTaから、各モータ1〜4の駆動トルク配分Tm1〜Tm4(それぞれ数字と同一のモータに対応)を図9に示す演算ロジックによって算出する。ここで図9に示す演算ロジックについて説明する。
演算ロジックは車両速度Vspと要求駆動トルクTaと要求左右車輪駆動トルク差ΔTaから駆動トルク記憶手段であるマップ(A)と左右車輪駆動トルク差記憶手段であるマップ(B)によって各モータ1〜4が駆動する際に発生する損失エネルギーの総和Laが最小となる前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1を選択する。つまり、マップ(A)とマップ(B)には、一意に定められた車両速度Vspと要求トルクTaと要求左右車輪駆動トルク差ΔTaから、各モータ1〜4が駆動する際に発生する損失エネルギーの総和が最小となる前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルクΔT1が記憶されている。これよりマップ(A)から前輪の駆動トルクT1が、またマップ(B)から前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1が選択、決定される。そして前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1が決定すると、各モータ1〜4の駆動トルクTm1〜Tm4を式(5)〜(8)に従って算出する。なお、マップ(A)、マップ(B)は予め実験或いはシミュレーションによって求められ、ROMに記憶されている。
Tm1=T1/2+ΔT1/2 式(5)
Tm2=T1/2−ΔT1/2 式(6)
Tm3=T2/2+ΔT2/2=(Ta−T1)/2+(ΔTa−ΔT1)/2 式(7)
Tm4=T2/2−ΔT2/2=(Ta−T1)/2−(ΔTa−ΔT1)/2 式(8)
ここで、T2は後輪の駆動トルク、ΔT2は後輪の左右車輪駆動トルク差である。これにより、電動車両の車両速度Vspと要求される要求駆動トルクTaと要求左右車輪駆動トルクΔTaから、各モータ1〜4によって発生する損失エネルギーの総和が最小となる駆動トルクTm1〜Tm4を算出することができる(駆動トルク配分決定手段)。
その後、ステップS15においてステップS14で算出された駆動トルクTm1〜Tm4となるように各モータ1〜4を制御する(駆動トルク制御手段)。
次にステップS14で使用するマップ(A)とマップ(B)の決定方法について図10のフローチャートを用いて詳しく説明する。
まず、ステップ100において、車両速度Vsp=0すなわち、停止中に対応するモータの回転速度ωを0と設定する。
ステップS101では、電動車両に要求される要求駆動トルクTaを式(9)に示すように回転速度ωのときのモータ1とモータ2の駆動トルクの中で最小駆動トルクTm1_min(ω)と、モータ3とモータ4の駆動トルクの最小駆動トルクTm2_min(ω)の合計値と設定する。すなわち、回転速度ωにおける電動車両の駆動トルクは、各モータ1〜4の最小駆動トルクの合計値とする。
Ta=Tm1_min(ω)×2+Tm2_min(ω)×2 式(9)
ステップS102では、回転速度ωのときのモータ1とモータ2の駆動トルクの中で最大駆動トルクをTm1_max(ω)とし、前輪の左右車輪駆動トルク差をモータ1とモータ2の最大駆動トルクTm1_max(ω)と最小駆動トルクTm1_min(ω)との差とする。また、モータ3とモータ4の駆動トルクの中で最大駆動トルクをTm2_max(ω)とし、後輪の左右車輪駆動トルク差をモータ3及びモータ4の最大駆動トルクTm2_max(ω)と最小駆動トルクTm2_min(ω)との差とする。これにより、電動車両に要求される要求左右車輪駆動トルク差ΔTaを式(10)に示すように前輪の左右車輪駆動輪差と後輪の左右車輪駆動輪差との合計と設定する。
ΔTa={Tm1_max(ω)−Tm1_min(ω)}+{Tm2_max(ω)−Tm2_min(ω)} 式(10)
次にステップS103では、処理ループカウンタkを0に設定する。このカウンタkは一定の回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaにおいて、Ta、ΔTaを実現する前輪の駆動トルクT1、前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1を何度算出したかを表すカウンタである。なお、算出の内容に関しては以降のステップで詳しく説明する。このカウンタkは回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaのいずれか一つが変更されたときには、カウンタをリセットする。
ステップS104では、前輪の駆動トルクT1を式(11)で示すように、モータ1とモータ2の各駆動トルクを最小駆動トルクTm1_min(ω)と設定する。以降のステップでは、この前輪の駆動トルクT1以上の値で各モータ1〜4の損失エネルギーの総和Laが最小となる前輪の駆動トルクT1を探索する。
T1=Tm1_min(ω)×2 式(11)
なお、ここでは前輪の駆動トルクT1を式(11)のように設定したが、この駆動トルクT1をT_fwd_minとしても良い。このT_fwd_minは、図13に示す車両速度Vspすなわち回転速度ωに対応して発進性能や旋回性能を損なわない前輪の駆動トルク配分割合T1pを記憶したマップから算出される。車両速度Vspに応じて図13から前輪の最小駆動トルク配分割合T1pminを読み取り、このTipminに要求駆動トルクTaを乗じて駆動トルクT_fwd_min=Ta×T1pminと設定する。(駆動トルク配分範囲制御手段)このようにT1を設定することで、発進能力や旋回性能を考慮して各モータのトルク配分を決めることができる。
ステップS105では、前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1を式(12)に示すように回転速度ωの場合のモータ1とモータ2の最大駆動トルクTm1_max(ω)と最小駆動トルクTm1_min(ω)の差として設定する。
ΔT1=Tm1_max(ω)−Tm1_min(ω) 式(12)
ステップS106では、前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1を式(13)に示すように、モータ1とモータ2の最小駆動トルクTm1_min(ω)と最大駆動トルクTm1_max(ω)の差と比較する。そして、前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1をモータ1とモータ2によって実現できる場合にはステップS107へ進み、実現できない場合にはステップS114へ進む。すなわち、後述するステップS113で新たにΔT1が設定され、これによりΔT1が次第に減少し、負の値となるが、この値がモータ1の最小駆動トルクTm1_min(ω)とモータ2の最大駆動トルクTm1_max(ω)の差よりも小さくならなければ、モータ1と2によって左右車輪駆動トルク差ΔT1を実現することができるのでステップS107へ進む。なお、ΔT1が負の値となるのは、右車輪の駆動トルクが左車輪の駆動トルクよりも大きくなることを意味する。
ΔT1<Tm1_min(ω)−Tm1_max(ω) 式(13)
ステップS107では、設定された駆動トルクT1と左右車輪駆動トルク差ΔT1をモータ1とモータ2によって実現できないときにはステップS113へ進み、実現できるときにはステップS108へ進む。すなわち、前輪の駆動トルクT1がT1≧0の場合には、式(14)に示すように駆動トルクT1と左右車輪駆動トルク差ΔT1の負担分を加えた値が前輪の駆動トルクの最大値を超えるとき、もしくは、T1<0の場合には、式(15)に示すように前輪の駆動トルクT1と左右車輪駆動トルク差ΔT1の負担分を引いた値が前輪の駆動トルクの最小値よりも低くなったときにはステップS113へ進み、それ以外のときにはステップS108へ進む。
T1+|ΔT1|>2×Tm1_max(ω) 式(14)
T1−|ΔT1|<2×Tm1_min(ω) 式(15)
ステップS108では、後輪の駆動トルクT2と後輪の左右車輪駆動トルクΔT2を式(16)と、式(17)によって算出する。
T2=Ta−T1 式(16)
ΔT2=ΔTa−ΔT1 式(17)
ステップ109では、設定された駆動トルクT2と左右車輪駆動トルク差ΔT2をモータ3とモータ4によって実現できないときにはステップS113へ進み、実現できるときにはステップS110へ進む。すなわち、後輪の駆動トルクT2がT2≧0の場合には、式(18)に示すように駆動トルクT2と左右車輪駆動トルク差ΔT2の負担分を加えた値が後輪の駆動トルクの最大値を超えるとき、もしくは、T2<0の場合には、式(19)に示すように後輪の駆動トルクT2と左右車輪駆動トルク差ΔT2の負担分を引いた値が後輪の駆動トルクの最小値よりも低くなったときにはステップS113へ進み、それ以外のときにはステップS110へ進む。
T2+|ΔT2|>2×Tm2_max(ω) 式(18)
T2−|ΔT2|<2×Tm2_min(ω) 式(19)
ステップS110では、前輪の駆動トルクT1、前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1、後輪の駆動トルクT2、後輪の左右車輪駆動トルク差ΔT2であるときの各モータ1〜4における損失エネルギーの総和を算出する。このときの各モータ1〜4における各駆動トルク配分Tm1〜Tm4は前記した式(5)〜式(8)と同様にそれぞれ算出する。
そして、モータ1〜4のそれぞれの損失エネルギーL1〜L4は図11または図12のマップにより求める。図11はモータ1とモータ2のモータ特性を記憶したマップであり、モータの回転速度ωと駆動トルクからモータの損失エネルギー(例えば、η1〜η5等)を求めることができる。この図11から回転速度ω、駆動トルク配分Tm1、Tm2のときのモータ1、モータ2の損失エネルギーL1、L2を算出する。図12はモータ3とモータ4のモータ特性を記憶したマップであり、モータ1とモータ2と同様に図12から損失エネルギーL3、L4を算出する。モータ1〜4の各損失エネルギーL1〜L4から、車両全体の損失エネルギーLaが各モータ1〜4の損失エネルギーの総和La=L1+L2+L3+L4として算出することができる。なお、図11と図12のモータ特性は実験或いはシミュレーションによって予め求めたものである。これによって、回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaをある一定値にした場合に、Ta、ΔTaを実現する前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1と車両全体の損失エネルギーLaの組み合わせを求めることができる。
ステップS111では、処理ループのカウンタkに1を加える。
ステップS112では、ステップS110で求めた前輪の駆動トルクT1、前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1、及びこのときの車両全体の損失エネルギーLaをそれぞれ配列T1_data〔k〕、ΔT1_data〔k〕、La_data〔k〕に記録する。
ステップS113では、ステップS105で設定したΔT1から式(20)で示されたdΔT1を引き、新たにΔT1を設定し、ステップS106へ戻り上記ステップを繰り返す。ここではdΔTaはω=0のときのモータ1またはモータ2の最大駆動トルクと最小駆動トルクの差を100分割したものとする。
dΔT1={Tm1_max(0)−Tm1_min(0)}/100 式(20)
これにより、回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaをある一定値にした場合に、ΔT1を変更したときの要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaを満たすT1とΔT1との組み合わせと車両全体の損失エネルギーLaを求めることができる。
ステップS106で前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1をモータ1とモータ2によって実現できないと判断されると、ステップS114へ進み、ステップS114では、ステップS104で設定した前輪の駆動トルクT1にdT1を加え、新たに前輪の駆動トルクT1と設定する。ここではdT1はステップS113の式(20)で設定したdΔT1とする。
ステップS115では、ステップS114で新たに設定した前輪の駆動トルクT1と、モータ1とモータ2の最大駆動トルクTm1_max(ω)とを式(21)で示すように比較する。そして、T1が最大駆動トルクTm1_max(ω)以上となった場合はステップS116へ進み、T1が最大駆動トルクTm1_max(ω)よりも小さい場合はステップS105へ戻り上記ステップを繰り返す。これにより回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaをある一定値にした場合に、前輪の駆動トルクT1を変更したときの要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaを満たす前輪の前輪の駆動トルクT1と左右駆動トルク差ΔT1と車両全体の損失エネルギーLaの組み合わせを求めることができる。
T1<2×Tm1_max(ω) 式(21)
また、ここでは式(21)において前輪の駆動トルクT1をモータ1とモータ2の最大駆動トルクT1_max(ω)と比較したが、図13の前輪の駆動トルク配分割合T1pを記憶したマップを設けた場合では、図13のマップより前輪の駆動トルク最大駆動トルク配分割合T1pmaxを読み取り、このTipmaxに要求駆動トルクTaを乗じて駆動トルクT_fwd_max=Ta×T1pmaxと設定しても良い。このとき、式(21)の右辺では2×Tm1_max(ω)とT_fwd_maxのどちらか小さい値を用いる。
ステップS116では、回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaをある一定値にした場合にステップS112で記録された配列La_data〔i〕(1≦i≦k)の中から車両全体の損失エネルギーLaが最小値となる配列La_data〔j〕(1≦j≦k)を抽出する。そして、この配列La_data〔j〕を実現する前輪の駆動トルクT1と前輪の左右駆動トルク差ΔT1の配列であるT1_data〔j〕とΔT1_data〔j〕を記録する。なお、電動車両の損失エネルギーLaの配列La_data〔i〕の中で最小値となる配列が複数存在するときには、その中で最初に決定した、すなわち最もiが小さいものを配列La_data〔i〕の最小値とする。
次にステップS117以降では、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTa、回転速度ωを変更する行程について説明する。まずステップS117では、現在設定されている要求左右車輪駆動トルクΔTaからdΔTaを引き、新たにΔTaを設定する。ここでdΔTaはステップS113の式(20)で求めたdΔT1と同一の値である。
ステップS118では、ステップS117で新たに設定されたΔTaが回転速度ωのときのモータ1とモータ2、及びモータ3とモータ4のそれぞれの最小駆動トルクから最大駆動トルクを引き、その差を加えたものと比較し、式(22)を満たす場合にはステップS130へ進み、満たさない場合にはステップS270へ進む。すなわち、ステップS102においてΔTa(ここではΔTaは正値なので左車輪の駆動トルクが大きい)を設定しているが、このΔTaからステップS117でdΔTaを引くことにより、新たなΔTaは次第に小さく、つまり左右車輪のトルク差が小さくなっていき、その後左右の車輪に掛かるトルクの強さが逆転し、右車輪の駆動トルクが大きくなる。その駆動トルク差が最大となる、つまりモータ1〜4において実現できる左右車輪駆動トルク差を超えるまでステップS103へ進む。
ΔTa>{Tm1_min(ω)−Tm1_max(ω)}+{Tm3_min(ω)−Tm3_max(ω)} 式(22)
これにより、回転速度ω、要求駆動トルクTaがある一定値であり、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaを変更させた場合の電動車両の損失エネルギーLaを最小にする前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1の組み合わせを記憶することができる。
ステップS119では、現在設定されている要求駆動力TaにdTaを加えて、新たなTaを設定する。ここでdTaはステップS113の式(20)で求めたdΔT1と同一の値である。
ステップS120では、ステップS119で新たに設定したTaとモータ1とモータ2、及びモータ3とモータ4の最大駆動トルクの合計を式(23)に示すように比較する。新たに設定したTaが各モータ1〜4の最大駆動トルクの合計よりも小さい場合には、ステップS102へ戻り上記ステップを繰り返し、大きい場合にはステップS121へ進む。これにより、回転速度ωがある一定値であり、要求駆動トルクTaを変更させた場合の電動車両の損失エネルギーLaを最小にする前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1の組み合わせを記憶することができる。
Ta<Tm1_max(ω)×2+Tm3_max(ω)×2 式(23)
ステップS121では、回転速度ωに所定の増加量dωを加え、新たに回転速度ωを設定する。ここでdωは電動車両の車両速度Vsp=5km/hに相当する回転速度である。
ステップS122では、ステップS121で新たに設定した回転速度ωが電動車両の最大回転速度ωmaxよりも小さい場合にはステップS101へ戻り、上記ステップを繰り返す。回転速度ωが電動車両の最大回転速度ωmax以上となるとマップ作成を終了する。これによって、電動車両の回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaの全ての条件における損失エネルギーを最小にする前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルクΔT1の組み合わせを得る。なお、ωmaxは電動車両の最高車両速度Vspmaxを車輪の回転半径Rで割ったものである。マップ(A),(B)を作成するときには、回転速度ωは回転半径Rを乗じて、車両速度Vspとして記憶させる。
本発明の第1実施形態の効果について説明する。
電動車両の車両速度と、電動車両に要求された駆動力と左右の車輪の駆動力差を満たすモータの駆動トルクと左右車輪駆動トルクの中で、モータの損失エネルギーの総和が最小となるモータの駆動トルクと左右車輪の駆動トルク差を予めメモリなどに記憶させておき、走行時に電動車両に速度変化、ハンドル操作などが行われた際にメモリなどから素早くモータの損失エネルギーの総和が最小となる駆動トルクと左右車輪の駆動トルク差を読み取り、各モータを制御するので、素早い制御が可能であり、旋回を行う場合でもモータの消費エネルギーを低減することができる。
電動車両の発進性能や旋回性能を考慮し、発進性能や旋回性能を損なわない範囲でモータの損失エネルギーの総和が最小となるように各モータの駆動トルク配分を決定するので、発進性能や旋回性能を保ちながらモータの消費エネルギーを低減できる。
すなわち、本願によれば旋回指令が発せられたときに、単に左右駆動力差を補正するのではなく、複数モータの損失エネルギーの総和が最小となるモータの駆動トルク配分を決定しているので、従来技術のように左右駆動力の補正によりモータが非効率な運転を強いられる虞を回避して効率の高い運転を実現する。
次に本発明の第2実施形態の電動車両の構成を図4のブロック図を用いて説明する。
第2実施形態については図1と異なる部分を説明する。この実施形態では左前輪5と右前輪6を駆動するモータ102と、左後輪を駆動するモータ103と、右後輪を駆動するモータ104を備える。また、バッテリ17とモータ102の間で直流電流と交流電流を互いに変換するインバータ114を備える。これにより、一つのモータ102で2つの車輪(左前輪5、右前輪6)を駆動し、旋回を行う際の左右の車輪の駆動トルク差は後輪を駆動する2つのモータ103と104のみで行う。また、電動車両を制御するコントローラ118を備える。その他の構成については、第1実施形態と同じである。
次にコントローラ118における制御について図14のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、ここでは左右の車輪の駆動トルクの差を表すときには、左車輪に配分される駆動トルクが右車輪に配分される駆動トルクよりも大きい場合を正とし、ステアリング23の回転角θは時計回りを正とする。
ステップS1010からステップS1013については第1実施形態のステップS10からステップS13と同じ制御なのでここでは説明を省略する。
ステップS1014では、ステップS1010からステップS1013において求めた車両速度Vspと要求駆動トルクTaと要求左右車輪駆動トルク差ΔTaから、モータ102〜104の駆動トルク配分Tm102〜Tm104(それぞれ数字と同一のモータに対応)を図15に示す演算ロジックによって算出する。ここで図15に示す演算ロジックについて説明する。
演算ロジックは車両速度Vspと要求駆動トルクTaからマップ(C)によってモータ102〜104が駆動する際に発生する損失エネルギーの総和Laが最小となる前輪の駆動トルクT11を選択する。つまり、マップ(C)には、一意に定められた車両速度Vspと要求トルクTaと要求左右車輪駆動トルク差ΔTaから、各モータ102〜104が駆動する際に発生する損失エネルギーの総和が最小となる前輪の駆動トルクT11が記憶されている。これよりマップ(C)から前輪の駆動トルクT1が選択、決定される。そして前輪の駆動トルクT11が決定すると、各モータ102〜104の駆動トルクTm102〜Tm104を式(25)〜(27)に従って算出する。なお、マップ(C)は予め実験或いはシミュレーションによって求められ、ROMに記憶されている。
Tm102=T11 式(25)
Tm103=T12/2+ΔT12/2=(Ta−T11)/2+ΔTa/2 式(26)
Tm104=T12/2−ΔT12/2=(Ta−T11)/2−ΔTa/2 式(27)
ここで、T12は後輪の駆動トルク、ΔT12は後輪の左右車輪駆動トルク差である。これにより、電動車両に対して要求される要求駆動トルクTaと、要求左右車輪駆動トルクΔTaから、モータ102〜モータ104によって発生する損失エネルギーの総和が最小となる駆動トルクTm102〜Tm104を算出することができる。
その後、ステップS1015においてステップS1014で算出された駆動トルクTm102〜Tm104となるようにモータ102〜モータ104を制御する。
次にステップS1014で使用するマップ(C)の決定方法について図16のフローチャートを用いて詳しく説明する。
ステップ1100では、車両速度Vsp=0すなわち、停止中に対応するモータの回転速度ωを0と設定する。モータの回転速度は、ステップS1100では0とするが、以降では0ではなくωと記載する。
ステップS1101では、電動車両に要求される要求駆動トルクTaを式(28)に示すように回転速度ωのときのモータ102の駆動トルクの中で最小駆動トルクTm102_min(ω)と、モータ103とモータ104の駆動トルクの最小駆動トルクTm103_min(ω)の合計と設定する。すなわち、回転速度ωにおける電動車両の駆動トルクは、モータ102〜モータ104の最小駆動トルクの合計値とする。
Ta=Tm102_min(ω)+Tm103_min(ω)×2 式(28)
ステップS1102では、回転速度ωのときのモータ103とモータ104の駆動トルクの中で最大駆動トルクTm103_max(ω)とし、左右車輪駆動トルク差ΔTaを式(29)に示すようにモータ103及びモータ104の最大駆動トルクと最小駆動トルクとの差とする。
ΔTa=Tm103_max(ω)−Tm103_min(ω) 式(29)
次にステップS1103では、処理ループカウンタkを0に設定する。このカウンタkは一定の回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaにおいて、Ta、ΔTaを実現する前輪の駆動トルクT11を何度算出したかを表すカウンタである。算出の内容に関しては後述する。このカウンタkは回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaのいずれか一つが変更されたときには、カウンタをリセットする。
ステップS1104では、前輪の駆動トルクT11を式(30)で示すように、モータ102の各駆動トルクを最小駆動トルクTm102_min(ω)と設定する。以降のステップでは、この前輪の駆動トルクT11以上の値でモータ102、モータ103モータ104の損失エネルギーの総和Laが最小となる前輪の駆動トルクT11を探索する。 T11=Tm102_min(ω) 式(30)
なお、ここでは、前輪の駆動トルクT11を式(30)のように設定したが、この駆動トルクT11をT_fwd_minとしても良い。このT_fwd_minは、図13に示す車両速度Vspすなわち回転速度ωに対応して発進性能や旋回性能を損なわない前輪の駆動トルク配分割合T1pを記憶したマップから算出される。車両速度Vspに応じて図13から前輪の最小駆動トルク配分割合T11pminを読み取り、このT11pminに要求駆動トルクTaを乗じて駆動トルクT_fwd_min=Ta×T11pminと設定する。このようにT11を設定することで、発進能力や旋回性能を考慮して各モータのトルク配分を決めることができる。
ステップS1105では、後輪の駆動トルクT2を式(31)に示すように設定する。 T12=Ta−T11 式(31)
ステップS1106では、後輪の駆動トルクT12がT12≧0の場合には、式(32)に示すように駆動トルクT12と左右車輪駆動トルク差ΔTaの負担分を加えた値が後輪の駆動トルクの最大値を超えるとき、もしくは、T12<0の場合には、式(33)に示すように後輪の駆動トルクT12と後輪の左右車輪駆動トルク差ΔTaの負担分を引いた値が駆動トルクの最小値よりも低くなったときにはステップS1110へ進み、それ以外のときにはステップS1107へ進む。すなわち、設定された駆動トルクT12と左右車輪駆動トルク差ΔTaをモータ103、モータ104によって実現できないときにはステップ1110へ進み、実現できるときにはステップS1107へ進む。
T12+|ΔTa|>2×Tm103_max(ω) 式(32)
T12−|ΔTa|<2×Tm104_min(ω) 式(33)
ステップS1107では、ステップS1106の条件を満たす前輪の駆動トルクT11、後輪の駆動トルクT12、後輪の左右車輪駆動トルクΔTaのときのモータ102〜モータ104における損失エネルギーの合計値を算出する。このときのモータ102〜モータ104における駆動トルク配分Tm102〜Tm104は前記した式(25)〜式(27)と同様に算出する。
そして、モータ102〜モータ104のそれぞれの損失エネルギーL102〜L104は図17または図18のマップにより求める。図17はモータ102のモータ特性を記憶したマップであり、モータの回転速度ωと駆動トルクからモータの損失エネルギー(例えば、λ1〜λ5等)を求めることができる。この図17から回転速度ω、駆動トルク配分Tm102のときのモータ1の損失エネルギーL102を算出する。図18はモータ103とモータ104のモータ特性を記憶したマップであり、モータ102と同様に図18から損失エネルギーL103、L104を算出する。モータ102〜104の損失エネルギーL102〜104が算出され、車両全体の損失エネルギーLaが各モータL102〜の104の損失エネルギーの総和La=L102+L103+L104として算出することができる。なお、図17と図18のモータ特性は実験或いはシミュレーションによって予め求めたものである。これによって、回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaをある一定値にした場合に、Ta、ΔTaを実現する前輪の駆動トルクT11と車両全体の損失エネルギーLaの一つの組み合わせを求めることができる。
ステップS1108では、処理ループのカウンタkに1を加える。
ステップS1109では、ステップS1107で求めた前輪の駆動トルクT11、及びこのときの車両全体の損失エネルギーLaをそれぞれ配列T11_data〔k〕、La_data〔k〕に記録する。
ステップS1110ではステップS1104で設定したT1に式(34)で示されたdT11を加え、新たにT11を設定する。ここではdT11はω=0のときのモータ102の最大駆動トルクと最小駆動トルクの差を100分割したものとする。
dT11={Tm102_max(0)−Tm102_min(0)}/100 式(34)
ステップS1111では、ステップS1110で新たに設定した前輪の駆動トルクT11と、モータ102と最大駆動トルクTm102_max(ω)とを式(35)で示すように比較する。そして、T11が最大駆動トルクTm102_max(ω)以上となった場合はステップS1112へ進み、T11が最大駆動トルクTm102_max(ω)よりも小さい場合はステップS1105へ戻り上記ステップを繰り返す。これにより回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaをある一定値にした場合に、T11を変更したときの要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaを満たすT11とそのときの車両全体の損失エネルギーLaを求めることができる。
T1<Tm102_max(ω) 式(35)
また、ここでは、式(35)において前輪の駆動トルクT11をモータ102の最大駆動トルクT102_max(ω)と比較したが、図13の前輪の駆動トルク配分割合T1pを記憶したマップを設けた場合では、図13のマップより前輪の駆動トルク最大駆動トルク配分割合T1pmaxを読み取り、このT1pmaxに要求駆動トルクTaを乗じて駆動トルクT_fwd_max=Ta×T1pmaxと設定しても良い。このとき、式(35)の右辺では2×Tm102_max(ω)とT_fwd_maxのどちらか小さい値を用いる。
ステップS1112では、ステップS1003〜ステップS1011において回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaをある一定値にした場合にステップS1109で記録された配列La_data〔i〕(1≦i≦k)の中から車両全体の損失エネルギーが最小値となる配列La_data〔j〕(1≦j≦k)を抽出する。そして、この配列La_data〔j〕を実現する前輪の駆動トルクT1の配列であるT11_data〔j〕を記録する。なお、電動車両の損失エネルギーLaの配列La_data〔i〕の中で最小値となる配列が複数存在するときには、その中で最初に決定した、すなわち最もiが小さいものを配は配列La_data〔i〕の最小値とする。
次にステップS1113以降では、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTa、回転速度ωを変更する行程について説明する。まずステップS1113では、現在設定されている要求左右車輪駆動トルクΔTaからdΔTaを引き、新たにΔTaを設定する。ここでdΔTaはステップS1110の式(34)で求めたdT11と同一の値である。
ステップS1114では、ステップS1113で新たに設定されたΔTaが回転速度ωのときのモータ102、モータ103とモータ410の最小駆動トルクから最大駆動トルクを引いたものと比較し、式(36)を満たす場合にはステップS1103へ進み、満たさない場合にはステップS1115へ進む。すなわち、ステップS1102においてΔTa(ここではΔTaは正値なので左車輪の駆動トルクが大きい)を設定しているが、このΔTaからステップS1113でdΔTaを引くことにより、新たなΔTaは次第に小さく、つまり左右車輪のトルク差が小さくなっていき、その後左右の車輪に掛かるトルクの強さが逆転し、右車輪の駆動トルクが大きくなる。その駆動トルク差が最大となる、つまりモータ103とモータ104において実現できる左右車輪駆動トルク差を超えるまでステップS1103へ進む。
ΔTa>{Tm103_min(ω)−Tm103_max(ω)} 式(36)
これにより、回転速度ω、要求駆動トルクTaがある一定値であり、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaを変更させた場合の電動車両の損失エネルギーLaを最小にする前輪の駆動トルクT11を記憶することができる。
ステップS1115では、現在設定されている要求駆動力TaにdTaを加えて、新たなTaを設定する。ここでdTaはステップS1110の式(34)で求めたdT11と同一の値である。
ステップS1116では、ステップS1115で新たに設定したTaとモータ102、モータ103とモータ104の最大駆動トルクの合計とを式(37)に示すように比較する。新たに設定したTaがモータ102〜モータ104の最大駆動トルクの合計よりも小さい場合には、ステップS1102へ進み、大きい場合にはステップS1117へ進む。これにより、回転速度ωがある一定値であり、要求駆動トルクTaを変更させた場合の電動車両の損失エネルギーLaを最小にする前輪の駆動トルクT11を記憶することができる。
Ta<Tm102_max(ω)+Tm103_max(ω)×2 式(37)
ステップS1117では、回転速度ωに所定の増加量dωを加え、新たに回転速度ωを設定する。ここでdωは電動車両の車両速度Vsp=5km/hに相当する回転速度である。
ステップS1118では、ステップS1117で新たに設定した回転速度ωが電動車両の最大回転速度ωmaxよりも小さい場合にはステップS1101へ戻り、上記ステップを繰り返す。回転速度ωが電動車両の最大回転速度ωmax以上となるとマップ作成を終了する。これによって、電動車両の回転速度ω、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaの全ての条件における損失エネルギーを最小にする前輪の駆動トルクT11を得る。なお、ωmaxは電動車両の最高車両速度Vspmaxを車輪の回転半径Rで割ったものである。マップCを作成するときには、回転速度ωは回転半径Rを乗じて、車両速度Vspとして記憶させる。
ここで、第2実施形態では前輪を一つのモータで駆動させたが、後輪を一つのモータで駆動させても良い。
本発明の第2実施形態の効果について説明する。
電動車両前後車輪のいずれかを一つのモータにより駆動させるときは、要求左右車輪駆動トルク差を一つモータによって駆動する左後輪、右後輪によって実現することができ、車輪速度と要求駆動力と要求左右車輪駆動トルク差からモータの駆動トルク配分を決定するマップは1つで記憶させておけば良く、メモリの容量を小さくすることができる。
ここで第1実施形態では車両速度と要求駆動力と要求左右車輪駆動トルク差からモータの駆動トルク配分を決定するマップの数は、図5及び図9に示したフローチャートと制御ロジックより、搭載されたモータの数である4から駆動トルク配分を行う自由度(前後左右の2)を引いた数値の2である。また、第2実施形態は図14及び図15に示したフローチャート制御ロジックよりマップの数は1である。このように、電動車両において、搭載されたモータの数から駆動トルク配分を行う自由度(前後左右の2)を引いた数値である2を引いた数のマップを備えると本発明の電動車両を構成することができる。
モータの数量が少ないときにはメモリなどに記憶させるマップの数を少なくすることができる。
本発明の第3実施形態について説明する。この実施形態では、コントローラ218はCPU、ROM、RAM、インターフェース回路及びインバータ回路などを備え、ROMには図11、図12に示す回転速度と駆動トルクからモータの損失エネルギーを検出する損失エネルギー検出手段であるマップを備える。その他の構成については第1実施形態と同じである。
運転中に車両速度Vsp、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaからモータ1〜4の損失エネルギーの合計値が最小となる前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルクΔT1を算出する。
次にコントローラ218における制御について図19のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、ここでは左右の車輪の駆動トルクの差を表すときには、左車輪に配分される駆動トルクが右車輪に配分される駆動トルクよりも大きい場合を正とし、ステアリング23の回転角θは時計回りを正とする。
ステップS2010からステップS2013までは第1実施形態のステップS10からステップS13までと同じ制御なので、ここでの説明は省略する。
ステップS2014以降では、ステップS2012、2013で設定した要求駆動トルクTaと要求左右駆動力差ΔTaを満たす前輪の駆動トルクT1と前輪の左右駆動力差をΔT1と損失エネルギーの総和Laの組み合わせを求める。
ステップS2014では、処理ループカウンタkを0に設定する。このカウンタkは要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaにおいて、Ta、ΔTaを実現する前輪の駆動トルクT1、前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1を何度算出したかを表すカウンタである。なお、算出の内容に関しては以降のステップで詳しく説明する。
ステップS2015からステップS2020は第1実施形態のステップS104からステップS109と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。ただし、ステップS2015からステップS2020で用いる回転速度ωは、車両速度Vspから算出したものである。
ステップS2021では、前輪の駆動トルクT1、前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1、後輪の駆動トルクT2、後輪の左右車輪駆動トルク差ΔT2であるときの各モータ1〜4における損失エネルギーの総和を算出する。このときの各モータ1〜4における各駆動トルク配分Tm1〜Tm4は前記した式(5)〜式(8)と同様にそれぞれ算出する。
そして、モータ1〜4のそれぞれの損失エネルギーL1〜L4は図11または図12のマップにより求める。図11はモータ1とモータ2のモータ特性を記憶したマップであり、モータの回転速度ωと駆動トルクからモータの損失エネルギー(例えば、η1〜η5等)を求めることができる。この図11から回転速度ω、駆動トルク配分Tm1、Tm2のときのモータ1、モータ2の損失エネルギーL1、L2を算出する。図12はモータ3とモータ4のモータ特性を記憶したマップであり、モータ1とモータ2と同様に図12から損失エネルギーL3、L4を算出する。モータ1〜4の各損失エネルギーL1〜L4から、車両全体の損失エネルギーLaが各モータ1〜4の損失エネルギーの総和La=L1+L2+L3+L4として算出することができる。なお、図11と図12のモータ特性は実験或いはシミュレーションによって予め求めたものである。これによって要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaの場合に、Ta、ΔTaを実現する前輪の駆動トルクT1と前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1と車両全体の損失エネルギーLaの組み合わせを求めることができる。
ここで、各モータ1〜4の損失エネルギーを算出する際に、ステップS2010(ステップS10)で検出した各車輪5〜8の回転速度ωfl、ωfr、ωrl、ωrrとそれぞれのモータ1〜4のモータ特性から各モータ1〜4のエネルギーの総和を算出しても良い。これにより、旋回時の内外輪の速度差を考慮し、よりエネルギー消費の総和を減らすことができる。
ステップS2022とステップS2023は第1実施形態のステップS111とステップS112と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。
ステップS2024では、ステップS2016で設定したΔT1から式(20)で示されたdΔT1を引き、新たにΔT1を設定し、ステップS2017へ戻り上記ステップを繰り返す。これにより、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaの場合に、ΔT1を変更したときの要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルク差ΔTaを満たすT1とΔT1との組み合わせと車両全体の損失エネルギーLaを求めることができる。
ステップS2017で前輪の左右車輪駆動トルク差ΔT1をモータ1とモータ2によって実現できないと判断されると、ステップS2025へ進み、ステップS2025では、ステップS2015で設定した前輪の駆動トルクT1にdT1を加え、新たに前輪の駆動トルクT1と設定する。ここではdT1はステップS113の式(20)で設定したdΔT1とする。
ステップS2026では、ステップSS2025で新たに設定した前輪の駆動トルクT1と、モータ1とモータ2の最大駆動トルクTm1_max(ω)とを式(21)で示すように比較する。そして、T1が最大駆動トルクTm1_max(ω)以上となった場合はステップS2027へ進み、T1が最大駆動トルクTm1_max(ω)よりも小さい場合はステップS2016へ戻り、上記ステップを繰り返す。これにより要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaの場合に、前輪の駆動トルクT1を変更したときの要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaを満たす前輪の前輪の駆動トルクT1と左右駆動トルク差ΔT1と車両全体の損失エネルギーLaの組み合わせを求めることができる。
ステップS2027では、現在の回転速度ω(車両速度Vsp)、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaの場合にステップS2023で記録された配列La_data〔i〕(1≦i≦k)の中から車両全体の損失エネルギーLaが最小値となる配列La_data〔j〕(1≦j≦k)を抽出し、そして、この配列La_data〔j〕を実現する前輪の駆動トルクT1と前輪の左右駆動トルク差ΔT1の配列であるT1_data〔j〕とΔT1_data〔j〕を求める。なお、電動車両の損失エネルギーLaの配列La_data〔i〕の中で最小値となる配列が複数存在するときには、その中で最初に決定した、すなわち最もiが小さいものを配列La_data〔i〕の最小値とする。
ステップS2028では、ステップS2027で選択したモータ1の駆動トルクT1と、前輪の左右車輪駆動トルクΔT1からモータ1〜4の駆動トルクを前記式(5)〜(8)に従って算出する。
ステップS2029では、ステップS2028において算出された駆動トルクTm1〜Tm4となるように各モータ1〜4を制御する。
このようにして、要求駆動トルクTaと要求左右車輪駆動トルク差ΔTaを満たす駆動トルク配分の中で、図11、図12のマップからモータの損失エネルギーの合計値が最小となるようにモータの駆動トルクを制御する。
次に第3実施形態の効果について説明する。
モータの回転速度と駆動トルクから損失エネルギーを読み取るマップを予めメモリに記憶しておき、走行時に電動車両の車両速度と要求駆動力と要求左右車輪駆動トルク差から駆動トルク配分とその配分でのモータの損失エネルギーの合計値を探索し、モータの損失エネルギーの合計値が最小となる駆動トルク配分に各モータを制御するので、旋回を行う場合でもモータの消費エネルギーを低減することができる。
また、メモリに記憶するマップが、モータの回転速度と駆動トルクの2つのパラメータから損失エネルギーを読み取るので、電動車両に搭載するメモリを少なくすることができる。
電動車両の各モータの回転速度に従って、各モータの損失エネルギーの総和が最小となるように各モータの駆動トルク配分を決定するので、駆動トルク配分を高精度にし、モータの消費エネルギーをより低減できる。
本発明の第4実施形態について説明する。この実施形態では、コントローラ318はCPU、ROM、RAM、インターフェース回路及びインバータ回路などを備え、ROMには図17、図18に示す回転速度と駆動トルクからモータの損失エネルギーを検出する損失エネルギー検出手段であるマップを備える。その他の構成については第2実施形態と同じである。
次にコントローラ318における制御について図20のフローチャートを用いて詳しく説明する。なお、ここでは左右の車輪の駆動トルクの差を表すときには、左車輪に配分される駆動トルクが右車輪に配分される駆動トルクよりも大きい場合を正とし、ステアリング23の回転角θは時計回りを正とする。
ステップS3010からステップS3013は第2実施形態のステップS1010からステップS1013と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。
ステップS3014では、処理ループカウンタkを0に設定する。このカウンタkは要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaにおいて、Ta、ΔTaを実現する前輪の駆動トルクT11を何度算出したかを表すカウンタである。算出の内容に関しては後述する。
ステップS3015からステップS3017は第2実施形態のステップS1104からステップS1106と同じ制御なので、ここでの説明は省略する。ただし、ステップS3015からステップS3017で用いるωは、車両速度Vspから算出したものである。
ステップS3018では、ステップS3017の条件を満たす前輪の駆動トルクT11、後輪の駆動トルクT12、後輪の左右車輪駆動トルクΔTaのときのモータ102〜モータ104における損失エネルギーの合計値を算出する。このときのモータ102〜モータ104における駆動トルク配分Tm102〜Tm104は前記した式(25)〜式(27)と同様に算出する。
そして、モータ102〜モータ104のそれぞれの損失エネルギーL102〜L104は図17または図18のマップにより求める。図17はモータ102のモータ特性を記憶したマップであり、モータの回転速度ωと駆動トルクからモータの損失エネルギー(例えば、λ1〜λ5等)を求めることができる。この図17から回転速度ω、駆動トルク配分Tm102のときのモータ1の損失エネルギーL102を算出する。図18はモータ103とモータ104のモータ特性を記憶したマップであり、モータ102と同様に図18から損失エネルギーL103、L104を算出する。モータ102〜104の損失エネルギーL102〜104が算出され、車両全体の損失エネルギーLaが各モータL02〜の104の損失エネルギーの総和La=L102+L103+L104として算出することができる。なお、図17と図18のモータ特性は実験或いはシミュレーションによって予め求めたものである。これによって要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaの場合に、Ta、ΔTaを実現する前輪の駆動トルクT11と車両全体の損失エネルギーLaの一つの組み合わせを求めることができる。
ここで、ステップS3018において、各モータ102〜104の損失エネルギーを算出する際に、ステップS3010(ステップS1010)で検出した各車輪5〜8の回転速度ωfl、ωfr、ωrl、ωrrとそれぞれのモータ102〜104のモータ特性から各モータ102〜104のエネルギーの総和を算出しても良い。これにより、旋回時の内外輪の速度差を考慮し、よりエネルギー消費の総和を減らすことができる。
ステップS3019からステップS3021は第2実施形態のステップS1108とステップS1110と同じ制御なのでここでの説明は省略する。
ステップS3022では、ステップS3021で新たに設定した前輪の駆動トルクT11と、モータ102と最大駆動トルクTm102_max(ω)とを式(35)で示すように比較する。そして、T11が最大駆動トルクTm102_max(ω)以上となった場合はステップS3023へ進み、T11が最大駆動トルクTm102_max(ω)よりも小さい場合はステップS3016へ戻り上記ステップを繰り返す。これにより要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaの場合に、T11を変更したときの要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaを満たすT11とそのときの車両全体の損失エネルギーLaを求めることができる。
また、ここでは、式(35)において前輪の駆動トルクT11をモータ102の最大駆動トルクT102_max(ω)と比較したが、図13の前輪の駆動トルク配分割合T1pを記憶したマップを設けた場合では、図13のマップより前輪の駆動トルク最大駆動トルク配分割合T1pmaxを読み取り、このT1pmaxに要求駆動トルクTaを乗じて駆動トルクT_fwd_max=Ta×T1pmaxと設定しても良い。このとき、式(35)の右辺では2×Tm102_max(ω)とT_fwd_maxのどちらか小さい値を用いる。
ステップS3023では、現在の回転速度ω(車両速度Vsp)、要求駆動トルクTa、要求左右車輪駆動トルクΔTaの場合にステップS3020で記録された配列La_data〔i〕(1≦i≦k)の中から車両全体の損失エネルギーLaが最小値となる配列La_data〔j〕(1≦j≦k)を抽出し、そして、この配列La_data〔j〕を実現する前輪の駆動トルクT1配列であるT1_data〔j〕を求める。なお、電動車両の損失エネルギーLaの配列La_data〔i〕の中で最小値となる配列が複数存在するときには、その中で最初に決定した、すなわち最もiが小さいものを配列La_data〔i〕の最小値とする。
ステップS3024では、ステップS3023で選択したモータ102の駆動トルクT11からモータ103、モータ104の駆動トルクを前記式(25)〜(27)に従って算出する。
ステップS3025では、ステップS3024において算出された駆動トルクとなるように各モータ102〜104を制御する。
このようにして、要求駆動トルクTaと要求左右車輪駆動トルク差ΔTaを満たす駆動トルク配分の中で、図17、図18のマップからモータの損失エネルギーの合計値が最小となるようにモータの駆動トルクを制御する。
ここで第4実施形態では前輪を一つのモータで駆動させたが、後輪を一つのモータで駆動させても良い。
第4実施形態の効果について説明する。
電動車両前後いずれかを1つのモータで駆動する場合でも、走行時に電動車両の車両速度と要求駆動力と要求左右車輪駆動トルク差から駆動トルク配分とその配分でのモータの損失エネルギーの合計値を探索し、モータの損失エネルギーの合計値が最小となる駆動トルク配分に各モータを制御するので、旋回を行う場合でもモータの消費エネルギーを低減することができる。
また、メモリに記憶するマップが、モータの回転速度と駆動トルクの2つのパラメータから損失エネルギーを読み取るので、電動車両に搭載するメモリを少なくすることができる。
電動車両の各モータの回転速度に従って、各モータの損失エネルギーの総和が最小となるように各モータの駆動トルク配分を決定するので、駆動トルク配分を高精度にし、モータの消費エネルギーをより低減できる。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
本発明は、モータによって駆動する電動車両について使用することができ、燃料電池自動車などにも利用することができる。
複数のモータを備えた電動車両の構成を示す図であり、(a)前輪を1台のモータで、後輪の左右車輪を2台のモータで独立して駆動する車両である。(b)前輪の左右車輪を2台のモータで独立し、後輪を1台のモータで駆動する車両である。(c)前後輪の左右車輪をそれぞれ独立したモータで駆動する車両である。 モータの回転速度とトルクと損失エネルギーの関係を示した図である。 本発明の第1及び第3実施形態の電動車両の構成を示した図である。 本発明の第2及び第4実施形態の電動車両の構成を示した図である。 本発明の第1実施形態のコントローラの制御を示したフローチャートである。 車両速度とアクセルペダルの踏み込み量と要求駆動力の関係を示した図である。 ブレーキペダルの踏み込み量と要求駆動力の関係を示した図である。 ステアリング舵角と車両速度と要求左右車輪駆動トルク差の関係を示した図である。 本発明の第1実施形態のモータトルク配分の演算ロジックを示す図である。 本発明の第1実施形態で用いるマップを作成するフローチャートである。 本発明の第1及び第3実施形態における電動車両の前輪のモータの回転速度とトルクと損失エネルギーの関係を示した図である。 本発明の第1及び第3実施形態における電動車両の後輪のモータの回転速度とトルクと損失エネルギーの関係を示した図である。 モータの発進性能や旋回性能を維持可能なトルク配分を示す図である。 本発明の第2実施形態のコントローラの制御を示したフローチャートである。 本発明の第2実施形態のモータトルク配分の演算ロジックを示す図である。 本発明の第2実施形態で用いるマップを作成するフローチャートである。 本発明の第2及び第4実施形態における電動車両の前輪のモータの回転速度とトルクと損失エネルギーの関係を示した図である。 本発明の第2及び第4実施形態における電動車両の後輪のモータの回転速度とトルクと損失エネルギーの関係を示した図である。 本発明の第3実施形態のコントローラの制御を示したフローチャートである。 本発明の第4実施形態のコントローラの制御を示したフローチャートである。
符号の説明
1〜4 モータ
5〜8 車輪
9〜12 車輪速センサ
13〜16 インバータ
18 コントローラ
19 アクセルペダル
21 ブレーキペダル
23 ステアリング

Claims (5)

  1. 電動車両を駆動する複数のモータを搭載し、前後輪及び左右輪に駆動トルクを配分する電動車両において、
    前記電動車両の速度を検出する車両速度検出手段と、
    前記電動車両に要求される駆動力を検出する要求駆動力検出手段と、
    前記電動車両に要求される左右車輪の駆動トルク差を検出する要求左右輪駆動トルク差検出手段と、
    前記車両速度検出手段と前記要求駆動力検出手段と前記要求左右車輪駆動トルク差検出手段によって検出された前記電動車両の前記速度と要求駆動力と要求左右車輪の駆動トルク差に基づいて、前記複数のモータの損失エネルギーの合計値が最小となるように前記複数のモータへの駆動トルク配分を決定する駆動トルク配分決定手段と、
    前記駆動トルク配分決定手段に決定された駆動トルクに前記複数のモータを制御する駆動トルク制御手段と、を備えることを特徴とした電動車両制御装置。
  2. 前記電動車両の車両速度と要求駆動力と要求左右車輪駆動トルク差に応じた前記複数のモータの損失エネルギーの合計値が最小となる前輪の駆動トルク配分を記憶した駆動トルク記憶手段と、
    前記電動車両の車両速度と要求駆動力と要求左右車輪駆動トルク差に応じた前記複数のモータの損失エネルギーの合計値が最小となる左右車輪駆動トルク差を記憶した左右車輪駆動トルク差記憶手段と、を備え、
    前記駆動トルク配分決定手段が、前記車両速度検出手段と前記要求駆動力検出手段と前記要求左右車輪駆動トルク差検出手段によって検出された前記電動車両の前記速度と要求駆動力と要求左右車輪の駆動トルク差に基づいて、前記駆動トルク記憶手段から選択された前輪の前記駆動トルクと前記左右駆動トルク差記憶手段から選択された前記左右車輪駆動トルク差から、前記複数のモータの駆動トルク配分を決定することを特徴とする請求項1に記載の電動車両制御装置。
  3. モータの回転速度と駆動トルクに応じて発生する前記モータの損失エネルギーを検出する損失エネルギー検出手段を備え、
    前記駆動トルク配分決定手段が、前記車両速度検出手段によって検出された前記電動車両の前記速度と、前記要求駆動力検出手段と前記要求左右車輪駆動トルク差検出手段によって検出された要求駆動力と要求左右車輪の駆動トルク差を満たす駆動トルク配分から、前記損失エネルギー検出手段によって検出される前記複数のモータの損失エネルギーの合計値が最小となるように前記複数のモータの駆動トルク配分を決定することを特徴とした請求項1に記載の電動車両制御装置。
  4. モータの回転速度と駆動トルクに応じて発生する前記モータの損失エネルギーを検出する損失エネルギー検出手段と、
    前記電動車両の各車輪の車輪速度を検出する車輪速度検出手段、と備え、
    前記車両速度検出手段が、前記車輪速度検出手段によって検出された前記各車輪の車輪速度から算出され、
    前記駆動トルク配分決定手段が、前記車輪速度検出手段によって検出された前記モータの回転速度と、前記要求駆動力検出手段と前記要求左右車輪駆動トルク差検出手段によって検出された要求駆動力と要求左右車輪の駆動トルク差を満たす駆動トルク配分から、前記損失エネルギー検出手段によって検出される前記複数のモータの損失エネルギーの合計値が最小となるように前記複数のモータの駆動トルク配分を決定することを特徴とした請求項1に記載の電動車両制御装置。
  5. 前記電動車両の速度に応じて前記前後車輪の駆動力配分の範囲を定める駆動力配分範囲制限手段を備え、
    前記駆動トルク配分決定手段は、前記駆動力配分範囲制限手段の範囲内で前記複数のモータの損失エネルギーの合計値が最小となる駆動トルク配分に決定することを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の電動車両制御装置。
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