JP2010259294A - 電気自動車の車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車の直進走行時に、縦揺れ（ピッチング）、上下跳ね（バウンシング）、旋回方向の車体揺れなどの外乱が与えられても操縦安定性の低下を防止する。
【解決手段】電気自動四輪車１０の車両制御装置１００は、電気自動車の重心を中心とする左右軸回りの上下方向の振動を検出するピッチング検出部１３０と、旋回方向の回転角が変化する速度を検出するヨーレートセンサ１５０と、ピッチングモーメントを算出するピッチングモーメント演算部１４０と、ヨーレートからヨーモーメントを算出するヨーモーメント演算部１６０とを備え、トルク演算部１７０は、ピッチングモーメントとヨーモーメントを共に零にするように、インホイールモータの出力トルクを最適化する。
【選択図】図２

Description

本発明は、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車の車両制御装置に関する。

従来、電気モータによって駆動される電気自動車、及びエンジン等の内燃機関を備える自動四輪車などの車両には、凹凸、ドライ／ウェット等の路面の状態によって、縦揺れ（ピッチング）或いは上下跳ね（バウンシング）、旋回方向の車体揺れなどの外乱が与えられる。

直進走行時に電気自動車に対して上述した外乱が与えられると、車輪に加わる荷重が車輪毎に変化する。そのため、車輪に装着されたタイヤ毎にスリップ率が変化する。そのため、直進時における車両の操縦安定性が低下することが問題になっていた。

これに対して、例えば、コーナリング時に車両の駆動トルクを補正することによって車両の挙動を安定化させる制御システムが開示されている（例えば、特許文献１）。

特許第４１６１９２３号公報（第１６−１７頁、第７図）

しかしながら、上述した制御システムには、次のような問題点がある。各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車、具体的に電気自動四輪車では、駆動トルクは車輪毎に制御されるため、路面の凹凸や路面の抵抗などの違いが車輪毎の駆動トルクに及ぼす影響が大きい。

そのため、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車では、特に、操縦安定性を保つために、車輪毎の駆動トルクを適切に補正することが難しい。

そこで、本発明は、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車において、電気自動車の直進走行時に、縦揺れ（ピッチング）、上下跳ね（バウンシング）、旋回方向の車体揺れなどの外乱が与えられても、操縦安定性の低下を防止することが可能な電気自動車の車両制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。本発明の第１の特徴は、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車の車両制御装置であって、前記電気モータの出力トルクを検出するトルク検出部と、各車輪に装着された各タイヤが前記タイヤの接地面に与える荷重により前記電気自動車の重心を中心とする左右軸回りの上下方向の振動を検出するピッチング検出部と、検出された上下方向の振動からピッチングモーメントを演算するピッチングモーメント演算部と、前記電気自動車の旋回方向の回転角が変化する速度を検出するヨーレート検出部と、検出された前記ヨーレートから前記電気自動車に生じているヨーモーメントを演算するヨーモーメント演算部と、算出された前記ピッチングモーメントの値及び前記ヨーモーメントの値が共に零になるように前記電気モータを駆動させるための出力指令値を制御する駆動制御部とを備えることを要旨とする。

本発明の第１の特徴によれば、駆動制御部は、電気自動車の上下方向の振動（ピッチング）から算出されるピッチングモーメント、及び電気自動車の旋回方向の回転角が変化する速度（ヨーレート）に基づいて、これらの値が零になるように、電気モータを駆動させる。つまり、駆動制御部は、電気自動車のピッチングと、旋回方向の車体揺れとを考慮して適切な出力指令値を設定することができる。これにより、ピッチングや旋回方向の車体揺れによって車輪毎にかかる荷重が変動することによって車両の走行が不安定になることを防止することができる。

従って、本発明の第１の特徴によれば、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車において、車両直進時に、電気自動車に縦揺れ（ピッチング）、上下跳ね（バウンシング）、旋回方向の車体揺れなどの外乱が与えられても、操縦安定性の低下を防止することができる。

本発明の特徴によれば、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車の直進走行時に、横揺れ（ロール）、縦揺れ（ピッチング）、上下跳ね（バウンシング）、旋回方向の車体揺れ（ヨー）などの外乱が与えられても、操縦安定性の低下を防止することができる。

本発明の実施形態に係る電気自動四輪車の概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気自動四輪車の駆動システムの機能ブロック構成図である。 本実施形態に係る電気自動四輪車のインホイールモータの出力指令値の制御方法を説明するフローチャートである。

本発明に係る電気自動車について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）電気自動四輪車の全体概略構成、（２）電気自動四輪車の車両制御装置の構成、（３）モータトルクの制御方法、（４）作用・効果、及び（５）その他の実施形態について説明する。

なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（１）電気自動四輪車の全体概略構成
図１は、本実施形態に係る電気自動四輪車１０の概略斜視図である。電気自動四輪車１０は、車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲの内側に電気モータ、いわゆるインホイールモータをそれぞれ備える。つまり、電気自動四輪車１０は、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）を別個独立したインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲによって駆動する。

また、電気自動四輪車１０は、車両制御装置１００を備える。車両制御装置１００は、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲの実際の出力値（出力トルク）に応じて、出力指令値を制御する。

（２）電気自動四輪車の車両制御装置の構成
図２は、本実施形態に係る電気自動四輪車１０の構成図である。車両制御装置１００は、出力指令値取得部１１０と、直進判定・加速度演算部１２０と、ピッチング検出部１３０と、ピッチングモーメント演算部１４０と、ヨーレートセンサ１５０と、ヨーモーメント演算部１６０と、トルク演算部１７０と、モータ制御部１８０とを有する。

出力指令値取得部１１０は、運転者のアクセル操作に基づく信号、すなわちインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲにおいて所定のモータトルクを発生させるための出力指令値を取得する。

直進判定・加速度演算部１２０は、図示しない、車速センサ、操舵角センサ、その他の加速度センサからの信号に基づいて、電気自動四輪車１０が直進していることを判定する。

ピッチング検出部１３０は、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）に装着されたタイヤが接地面に与える荷重によって電気自動四輪車１０の重心を中心とする左右軸回りの上下方向の振動を検出する加速度センサである。上下方向の振動には、縦揺れ（ピッチング）及び上下跳ね（バウンシング）などの外乱による振動が含まれる。ピッチングモーメント演算部１４０は、ピッチング検出部１３０において検出された上下方向の振動を表す信号からピッチングモーメントを演算する。

ヨーレートセンサ１５０は、電気自動四輪車１０に働くヨーレートを検出する。すなわち、電気自動四輪車１０の旋回方向の回転角が変化する速度を検出する。ヨーモーメント演算部１６０は、検出されたヨーレートから電気自動四輪車１０に働くヨーモーメントを算出する。

トルク演算部１７０は、直進判定・加速度演算部１２０において直進状態であることが検出されたとき、出力指令値取得部１１０によって取得された出力指令値に基づくモータトルクと、ピッチングモーメント演算部１４０において算出されたピッチングモーメントと、ヨーモーメント演算部１６０において算出されたヨーモーメントとから、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲの出力トルクを算出する。具体的に、トルク演算部１７０は、電気自動四輪車１０が直進しているとき、ピッチングモーメントの値及びヨーモーメントの値が共に零になるようなインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲの出力トルクを算出する。

モータ制御部１８０は、トルク演算部１７０において算出されたトルクに基づいて、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲにおいて所定のモータトルクを発生させるように、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲに与える出力指令値を制御する。

（３）モータトルクの制御方法
図３は、本実施形態に係る電気自動四輪車１０のインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲの出力指令値の制御方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る電気自動車の車両制御方法は、以下のステップを有する。

図３に示すように、ステップＳ１において、直進判定・加速度演算部１２０は、電気自動四輪車１０が直進していることを判定する。直進しているとき、ステップＳ２において、ピッチング検出部１３０は、縦揺れ（ピッチング）及び上下跳ね（バウンシング）などの外乱による振動を検出する。また、ヨーレートセンサ１５０は、電気自動四輪車１０の旋回方向の回転角が変化する速度を検出する。

ステップＳ３において、ピッチングモーメント演算部１４０は、ピッチング検出部１３０において検出された信号から電気自動四輪車１０に働くピッチングモーメントを算出する。ヨーモーメント演算部１６０は、検出されたヨーレートから電気自動四輪車１０に働くヨーモーメントを算出する。

ステップＳ４において、トルク演算部１７０は、ピッチングモーメント演算部１４０において算出されたピッチングモーメントの値及びヨーモーメントの値が共に零になるようなインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲの出力トルクを算出する。

ステップＳ５において、モータ制御部１８０は、トルク演算部１７０において算出されたトルクに基づいて、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲにおいて所定のモータトルクを発生させるように、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲに与える出力指令値を制御する。

（４）作用・効果
車両制御装置１００は、電気自動四輪車１０の上下方向の振動（ピッチング及びバウンシング）、及び電気自動四輪車１０の旋回方向の回転角が変化する速度（ヨーレート）を検出し、上下方向の揺動から算出されるピッチングモーメント及びヨーモーメントの値が零になるように、インホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲを駆動させる。つまり、車両制御装置１００は、電気自動四輪車１０のピッチングと、旋回方向の車体揺れとを考慮して適切な出力指令値を設定することができる。これにより、ピッチングや旋回方向の車体揺れによって車輪毎にかかる荷重が変動することによって車両の走行が不安定になることを防止することができる。

従って、電気自動四輪車１０の車両制御装置１００によれば、各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動四輪車１０の直進走行時に、電気自動四輪車１０に縦揺れ（ピッチング）、上下跳ね（バウンシング）、旋回方向の車体揺れなどの外乱が与えられても、操縦安定性の低下を防止することができる。

（５）その他の実施形態
本発明の一実施形態により本発明の内容を開示した。しかし、本発明は、上述した論述及び図面に限定されない。上述した論述及び図面を基に当業者にとって明らかになる様々な実施形態は、全て本発明に含まれる。

実施形態では、各車輪（車輪２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ）にインホイールモータ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲを備える電気自動四輪車１０の場合に付いて説明したが、例えば、後輪（車輪２０ＲＬ，２０ＲＲ）のみに、インホイールモータが装着された車両であっても良い。また、本発明は、インホイールモータを備えない車両であっても適用可能である。

本実施形態では、一例として、四輪の電気自動四輪車を例に取って説明したが、六輪等、四輪以外の車輪を有する自動車にも適用可能である。

車輪の内部に充填される充填体は、空気でなくてもよい。例えば、窒素でもよい。また、気体に限らない。液体であってもよい。

このように、本発明は、ここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められる。

１０…電気自動四輪車、 ２０ＦＬ，２０ＦＲ，２０ＲＬ，２０ＲＲ…車輪、 ３０ＦＬ，３０ＦＲ，３０ＲＬ，３０ＲＲ…インホイールモータ、 １００…車両制御装置、 １１０…出力指令値取得部、 １２０…直進判定・加速度演算部、 １３０…ピッチング検出部、 １４０…ピッチングモーメント演算部、 １５０…ヨーレートセンサ、 １６０…ヨーモーメント演算部、 １７０…トルク演算部、１８０…モータ制御部

Claims (1)

1. 各車輪を別個独立した電気モータによって駆動する電気自動車の車両制御装置であって、
   前記電気モータの出力トルクを検出するトルク検出部と、
   各車輪に装着された各タイヤが前記タイヤの接地面に与える荷重により前記電気自動車の重心を中心とする左右軸回りの上下方向の振動を検出するピッチング検出部と、
   検出された上下方向の振動からピッチングモーメントを演算するピッチングモーメント演算部と、
   前記電気自動車の旋回方向の回転角が変化する速度を検出するヨーレート検出部と、
   検出された前記ヨーレートから前記電気自動車に生じているヨーモーメントを演算するヨーモーメント演算部と、
   算出された前記ピッチングモーメントの値及び前記ヨーモーメントの値が共に零になるように前記電気モータを駆動させるための出力指令値を制御する駆動制御部とを備える電気自動車の車両制御装置。

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