JP5455802B2 - 電動車両のピッチング制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の車両制御装置に係り、より詳しくは車両のピッチング運動を抑制する技術に関する。

車両の姿勢の動きは、前輪と後輪のサスペンション伸縮により決まり、ピッチング運動と呼ばれている。

このピッチング運動により生じる車両の姿勢の動きは、走行状態や路面の状態によって変化することが知られている。

例えば、車両が加速や減速を行うと、ピッチングモーメントと呼ばれる車体の前後方向が上下に変化する向きに重心点周りのモーメントが発生する。

このピッチングモーメントによってピッチング運動が引き起こされる。

特に、車両が制動により停止する際には、車両停止に至るまで車両に制動トルクが継続的に付加されるため、ピッチングモーメントにより車両前部が沈み込むノーズダイブが発生する。

そして、この制動トルクによる減速度は、車両停止とともに突然消滅するため、ノーズダイブによってサスペンションに蓄えられたエネルギーが一度に解放されノーズダイブの揺り戻し振動が発生するという問題がある。

そこでこのようなピッチング運動、ならびにピッチングモーメントにより生じるノーズダイブによる姿勢変化を抑制するため、車両にはサスペンションのバネで発生した振動を減衰させるダンパー装置が設けられている。

このサスペンション装置におけるバネ及びダンパーの設定により、車両の乗り心地と操縦安定性を調整するが、乗り心地と操縦安定性の両立は非常に困難である。

これは乗り心地と操縦安定性は相反する特性である上に、現実の車両では搭乗者や積荷などの積載量の変化により車両重量が大きく変化することからあらゆる状況での最適値を決定することが困難であることによる。

一方、特許文献１に開示されているように、車両の駆動力を制御することにより、サスペンションの機能を補完して車体姿勢を安定化させる技術が知られている。

これは、車体の前輪部が上昇した場合には、車両の駆動トルクを減少させ、路面反力による前輪を上昇させる方向のモーメントを減少させ、逆に前輪部が下降する場合には、車両の駆動トルクを増加させ路面反力による前輪を上昇させる方向のモーメントを増加させることで、車両のピッチング運動を抑制する技術である。

特開昭６２−１２３０５号公報

上記特許文献１に開示された従来技術は、車体のピッチング運動を抑制するために、引き起こされたピッチング運動とは逆の位相で車両の駆動トルクを増減させるように動作するものである。

つまり、本来制動時に必ず生じてしまうノーズダイブによるピッチング運動そのものを打ち消すように、車両の減速度を低下させたり車両を加速させたりするような制御を行っている。

この制御は、減速に必要な制動トルクを必要以上に減少させてしまい、制動距離が必要以上に伸びるなど運転性が低下する恐れがあり好ましくない場合がある。

また、勾配のある路面では重力により基準となるサスペンションの中立位置が変化することから適切な制動トルクの増減ができず、ピッチング運動を抑制できない恐れがある。

特に建設機械においては、搭乗者や積荷などの積載量の変化により車両重量が大きく変化する。

このような変化においても、制駆動トルク制御による運転性の低下を防ぎ、ピッチング運動の抑制を実現するように、制駆動トルクの最適値を決定する必要がある。

本発明はこのような問題に着目してなされたものである。

その目的は、車両停止の瞬間において、車両の制駆動トルクによる減速度が突然消滅することによって生じるノーズダイブの揺り戻し振動が発生するというピッチング運動を良好に制御し、車両の制動時におけるピッチング運動による姿勢変化の抑制を行う。

また、路面勾配による走行抵抗の大幅な変化や、搭乗者や積荷の増減により車両重量に大幅な変化があっても乗員の乗り心地を確保しつつ操縦安定性を高めることのできる電動車両のピッチング制御装置を提供することにある。

車両停止の瞬間において、車両の制駆動トルクの減速度が突然消滅することによって生じるピッチング運動の抑制を行うための制御、さらには、車両が走行中の時間経過に伴い、車両が走行する路面の勾配が変化する場合、また、搭乗者や積荷の増減により車両重量に生じる大幅な変化が生じる場合であっても、搭乗者の乗り心地を確保しつつピッチング制御を行うための方策として、車両のピッチング制御装置は、以下のような構成をとることが考えられる。

本発明では、特に電動車両のピッチング制御装置に関するものである。

電動車両のピッチング運動によって生じる電動車両の姿勢変化を抑制する制御を行う電動車両のピッチング制御装置において、電動車両が停止時に、電動車両を駆動する駆動用モータに対して出力される制駆動トルクが、勾配を有する路面に対して電動車両が停止状態を保つために必要な力を駆動用モータのトルクに換算した値である走行抵抗相当トルクとなるように制御を行う。

本構成においては、電動車両が停止時において、電動車両を駆動する駆動モータに対して出力される制駆動トルクが、走行抵抗相当トルクとなることが特徴である。

走行抵抗相当トルクとは、勾配を有する路面に対して電動車両が停止状態を保つために必要な力を駆動用モータのトルクに換算した値である。勾配路面において車両は、常に路面に対して抵抗が生じている。例えば、車両が登り坂を登るように走行し停止する場合には、車両には登り坂に対して後ろに引かれるような力を受ける。逆に、下り坂を下るように走行し停止する場合には、車両は下り坂に対して前進するような力を受ける。つまり、車両停止時においては、車両には上記のような力が常にかかっているので、車両は上記の力とつりあうような逆向きの力を車両に加えることで停止することができる。この力を、駆動用モータのトルクに換算したものが走行抵抗相当トルクである。

本発明では、このような勾配路面に対してもピッチング制御を行い、停止を確実に行うために、車両停止時において駆動用モータに出力される制駆動トルクが走行抵抗相当トルクとなるように制御を行う。

また、本発明において、ピッチング制御が行われ、駆動用モータに出力される制駆動トルクは、運転者のペダル操作による電動車両の加減速要求に基づき算出される制駆動トルクを、電動車両が停止時に、走行抵抗相当トルクとなるように補正したものである。

また、本発明のピッチング装置の構成は、運転者のペダル操作による電動車両の加減速要求に基づき算出される制駆動トルクを算出する駆動装置と、制駆動トルクが、電動車両が停止時において勾配を有する路面に対して電動車両が停止状態を保つために必要な力を駆動用モータのトルクに換算した値である走行抵抗相当トルクとなるように、制駆動トルクに対するトルク補正値を算出するトルク補正値算出器とを有し、駆動装置は、トルク補正値算出器において算出されたトルク補正値に基づいて制駆動トルクの補正を行い、補正された制駆動トルクを出力する。

駆動装置には、運転者が加減速要求を出力するための操作部であるアクセルペダル及びブレーキペダルが接続されており、それらを操作することにより生じる運転者の加減速要求に基づいた制駆動トルクを算出する。

このように駆動装置で算出された制駆動トルクを、車両が停止する際に、制駆動トルクを走行抵抗相当トルクに一致させるような制御を行うために、走行抵抗相当トルクと一致させるために必要なトルク補正値を算出する必要がある。この補正値を算出するのがトルク補正値算出器である。

トルク補正値算出器において算出されたトルク補正値を駆動装置に入力し、運転者の加減速要求に基づいて算出した制駆動トルクに対して補正を行う。

また、走行抵抗相当トルクは、運転者が加減速要求を出すためのアクセルペダルとブレーキペダルに基づいて算出された制駆動トルクと、電動車両の速度の微分値から算出した車体慣性相当トルクとの差分によって求めることができる。

電動車両のピッチング制御は、駆動トルク指令値のトルクおよび走行抵抗相当トルクの合計の積分値が、電動車両の速度と一致したときに補正を開始する。そして、補正した制駆動トルクを駆動用モータに対して出力する。

トルク補正値算出器は、トルク補正値を算出するための補正関数を有し、運転者のペダル操作量による電動車両の加減速要求に基づき算出された制駆動トルクが、電動車両が停止時において走行抵抗相当トルクとなるように、補正関数に従ってトルク補正値を算出する。

ここで、補正関数は、例えば一次関数であれば、最終的に車両停止時に走行抵抗相当トルクとなるように、制駆動トルクを直線的に、すなわち一次関数に従って補正を行うようにする。

補正関数は、時間経過に伴う電動車両の重量の大きさの変化に応じて変更される。

電動車両では、搭乗者や積荷量によって車両重量の変化が生じる。このような重量変化は、車体の慣性モーメントも変化することからピッチング運動の固有振動数の変化を引き起こすので、ピッチング制御を行うにあたっては考慮すべき重要な状態量となっている。

特にダンプトラックなどの荷役用車両においては、荷物の積み下ろしが頻繁に生じ、時間経過に伴って電動車両の重量は大きく変化することが考えられる。このような電動車両の重量の大きさの変化を、トルク補正値を算出する際の補正関数に反映させることで、電動車両の積載状況などに影響されずに確実かつ高精度な制御を行うことができる。

また、補正関数は、時間経過に伴う走行抵抗相当トルクの大きさの変化に応じて変更される。

電動車両が走行する際に、その路面は、平坦なものではなく勾配を有するものであり、かつ走行に伴ってその路面勾配は変化することが考えられる。このような勾配の変化によって車両の前後重量配分が変化し、サスペンションのバネが非線形性を有している場合には、軸荷重変化による中立位置の変化によってバネ定数も変化し、それに伴いピッチング運動の固有振動数も変化するので、効果的なピッチング制御の実現が困難になる。

よって、ここでは時間経過に伴う走行抵抗相当トルクの大きさの変化を、トルク補正値を算出する補正関数に反映させることで、路面の勾配の変化などに影響されずに効果的なピッチング制御を行うことができる。

また、補正関数は、時間経過に伴う電動車両のピッチング運動の振幅量であるピッチング量の変化に応じて変更される。

路面勾配の大きさを考慮することでサスペンションの剛性を推定し、補正関数を変更することを前述した。一方、サスペンションの剛性またはそれにより変化するピッチング振動の振幅そのものを検出することでより高精度な制御が可能となる。そこで、ピッチング量を検出し、補正関数を変更することを特徴としている。

また、トルク補正値は、ピッチング振動の振幅の大きさであるピッチング量と、電動車両の加速度，車両重量、および走行抵抗相当トルクに基づいて算出された目標ピッチング量との差分、もしくはピッチング量の時間微分値と目標ピッチング量の時間微分値との差分に基づき算出される。

トルク補正値を算出する際に、トルク補正値算出器において予め規定した補正関数によって算出するフィードフォワード的な補正の方法を示したが、ピッチング量と目標ピッチング量との差分、もしくはピッチング量の微分値と目標ピッチング量の微分値との差分に基づいて算出するフィードバック的な補正手法も考えられる。これにより、駆動トルク補正を時刻経過に伴って電動車両に生じる状態量の変化に合わせて適宜修正することが可能となる。

また、本発明のピッチング制御装置を荷役用電動車両に適用することも考えられる。

本発明の電動車両のピッチング制御装置であって、当該車両の制動時において車両停止の瞬間に起こる制駆動トルクの減速度の不連続を防止することで、ノーズダイブの揺り戻しによるピッチング運動の発生を効果的に抑制することが可能となる。さらに、走行路面の勾配などによって走行抵抗に大幅な変化があっても常に適切な制動トルクの制御が可能となり、様々な走行状態で乗員の乗り心地を確保しつつ操縦安定性を高めることができるという効果がある。

本発明の電動車両のピッチング制御装置における実施例装置の全体構成図である。 車両のピッチング運動を模式的に示す図である。 本発明の電動車両のピッチング制御装置による補正を行わない場合における制御装置の入出力信号を模式的に表した図である。 本発明の電動車両のピッチング制御装置における制御装置の入出力信号を模式的に表した図である。 本発明の電動車両のピッチング制御装置における処理の流れを示す図である。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて説明する。

まず、車両において生じるピッチング運動の動きについて、図２を用いて説明する。

図２は、車両のピッチング運動を模式的に示す図である。

車体２０１は、前後のサスペンション装置２０５，２０６を介して、それぞれ前後輪２０３，２０４と支持結合されている。ここで、車体２０１の重量をｍ、ピッチング運動における慣性モーメントをＩ、ピッチング運動のモーメントをＭ，ピッチング量をθとする。また、サスペンション装置のピッチング運動に対する剛性をＫ、減衰をＣ、車体２０１の重心点２０２の地上高をｈ、前輪２０３及び後輪２０４からの距離をそれぞれｌ_f，ｌ_rとする。

タイヤに滑りが生じないとすると車両の加速度ａ_xは、駆動用モータ１１２により出力された制駆動トルクをＴ_a，駆動輪である後輪２０４のタイヤ径をｒ_tとすると、
ａ_x＝Ｔ_a／ｍｒ_t （１）
となる。

ここで、車両の加速運動による前後輪の荷重移動量Ｆ_f，Ｆ_rを考える。

地上から高さｈにある重心点２０２の前後方向の加速運動は、前後に距離ｌ_f，ｌ_rだけ離れた点で地面に対して支えているわけである。

よって、その時に地面に掛かる力である荷重移動量Ｆ_f，Ｆ_rは、下向きを正に取って、
Ｆ_f＝−２ａ_xｍｈ／（ｌ_f＋ｌ_r） （２）
Ｆ_r＝２ａ_xｍｈ／（ｌ_f＋ｌ_r） （３）
と表される。

この荷重移動による重心点周りのモーメントＭは、図で時計回りを正に取れば、
Ｍ＝−Ｆ_fｌ_f＋Ｆ_rｌ_r （４）
である。

この（４）式に先の（２）（３）式を代入すれば、重心点周りのモーメントＭは、
Ｍ＝２ｍｈ・ａ_x （５）
となる。

静的な力のつり合いを考慮すれば、この時のピッチング量θ_Sは
θ_S＝Ｍ／Ｋ＝（２ｍｈ／Ｋ）ａ_x （６）
となる。

一方、重心点周りモーメントＭによる車体２０１の動的なピッチング運動の伝達関数は、
θ（ｓ）／Ｍ（ｓ）＝１／（Ｉｓ²＋Ｃｓ＋Ｋ） （７）
と表される。

サスペンション装置の動特性まで考慮したピッチング量は（５）式を（７）式に代入して、
θ（ｓ）＝２ｍｈ／（Ｉｓ²＋Ｃｓ＋Ｋ）・ａ_x（ｓ） （８）
として表される。

図３は、平地にて一定速度で走行する車両が、ある時間から一定制動トルクで急停止する時の、車両速度，制駆動トルク，ピッチング角によって表されるピッチング運動の応答波形を時系列的に示したものである。

３０１，３０２は車両速度、３０３は制駆動トルク、３０４，３０５はピッチング応答を示す。なお、制駆動トルクは、正の値では駆動トルク、負の値では制動トルク、０では制動・駆動いずれのトルクも生じていないことを表している。

３０３に示すように、駆動輪に一定制動トルクが印加されると、車両速度３０１は３０２のように一定の傾きで減少して停止に至る。一定制動トルクが印加されている期間中は、ピッチング運動は前述の式（６）で示される量に収束するため、その結果前のめりとなり、すなわちノーズダイブを引き起こす。ノーズダイブとは、減速による車体の回転モーメントによって前輪サスペンションが縮むことで車体が前のめりとなった状態のことであり、バネがエネルギーを蓄えた状態であり、この状態は車両停止まで持続する。

次に、３０３に示すように、車両が停止する際に、車両に掛かる制動トルクの減速度が突然ゼロになるような状態であるとき、前述のノーズダイブによるバネのエネルギーは一気に解放され、３０５に示すようにバネの自由振動を引き起こす。これは式（８）の伝達関数におけるステップ応答に等しく、これが急停止時におけるピッチング運動である。なおここで説明した数式には、駆動反力によりサスペンションアームが受けるモーメントの影響は含まれていないため、実際の制御にはさらにこれら駆動反力による影響も考慮する必要がある。この影響の大きさはサスペンション装置の形式により大きく異なるため、ここでは説明を省略する。

図１は、本発明の電動車両のピッチング制御装置における全体構成図である。

本発明の電動車両は前輪１０１及び後輪１０２により走行する。

前輪１０１及び後輪１０２は、それぞれサスペンション１０３及び１０４にて車体に対し上下揺動可能に取り付けられている。前輪１０１にはハンドル１０５が接続されており、運転者がハンドルを操舵することによって旋回走行ができるように構成されている。

後輪１０２には駆動用モータ１１２が機械的に接続されている。

アクセルペダル１０６及びブレーキペダル１０７は、運転者の加速要求及び減速要求を入力するための操作部であり、これらの要求出力は駆動装置１０８に入力される。

駆動装置１０８は、入力された運転者のペダル操作による加減速要求に基づき、必要な制駆動トルクを算出し、駆動用モータ１１２に対して出力される。

駆動用モータ１１２は、入力された制駆動トルクに応じて駆動及び制動が可能となる。

一方、走行抵抗算出手段１１０は、勾配を有する路面に対して車両が停止状態を保つために電動車両に加えられるべき力を、制駆動トルクに換算した値である走行抵抗相当トルクを検出する。走行抵抗相当トルクとは、路面と車両が接していることによって車両に働く抵抗力である。例えば、登り坂に対して前進している車両が停止する時には、車両を後方に引くような力が生じるので、車両にはこの後方に引く力とつりあうような逆向きの力を加えないと、登り坂で止まれない。この時の走行抵抗相当トルクは、駆動トルクとなるので、その値は正の値をとる。逆に、下り坂に対して前進している車両が停止する際には、車両を前方に引くような力が生じるので、車両にはこの前方に引く力とつりあうような逆向きの力を加えないと、下り坂で止まることができない。この時の走行抵抗相当トルクは、制動トルクとなるので、その値は負の値をとる。また、ほぼ勾配のない路面においては、停止時においては制駆動トルクを生じさせる必要がないため、その値は０になると考えてよい。

本発明においては、車両が停止時において、駆動モータに対して出力される制駆動トルクが、走行抵抗算出手段１１０で検出される走行抵抗相当トルクとなるように制御することとする。

このような制御を行うために、トルク補正値算出器１０９は、速度検出手段１１１で後輪１０２または駆動用モータ１１２に接続され後輪１０２の回転数を計測することにより検出された車両速度、および走行抵抗算出手段１１０で検出される走行抵抗相当トルクが入力され、これらの値に基づいてトルク補正値を算出する。

このように算出されたトルク補正値は、駆動装置１０８に入力され、運転者のペダル操作による加減速要求に基づき算出した制駆動トルクに対して、加算的にトルク補正を行う。

以上のような制御を行うことによって、車両の停止時において、駆動用モータに対して出力される制駆動トルクを走行抵抗相当トルクとすることができる。よって、車両急停止時のピッチング運動を停止直前に中立位置に復帰させることができ、特に勾配のある走行路面においてもその走行抵抗に影響されない確実かつ高精度な制御を実現することができる。

なお、走行抵抗算出手段１１０で算出される走行抵抗相当トルクは、運転者のペダル操作量による電動車両の加減速要求に基づき駆動装置１０８において算出された制駆動トルクと、速度検出手段１１１で検出された車両速度の時間微分値から求めた車体慣性相当トルクとの差分から算出する。電気駆動式の車両の場合、モータのトルクは供給する電流値から高精度に検知することが可能である。車速は、後輪１０２または駆動用モータ１１２に接続され後輪１０２の回転数を計測することにより速度検出手段１１１で検出される。モータから出力されたトルクから実際に車体を加速させるのに必要だったトルクを引くことで、走行抵抗相当トルクを求めることが可能であるので、センサの追加をすることなく、走行抵抗相当トルクを算出することが可能となり、制御装置の低コスト化を実現することができる。

次に、本発明の電動車両のピッチング制御装置における制御の主な流れを、図４を用いて説明する。

先に説明したように、急停止時のピッチング運動は、ノーズダイブによりサスペンションに蓄えられたエネルギーが一気に解放されることによるバネの自由振動が主な原因である。そこで、バネが自由振動を引き起こさないように、ノーズダイブによるサスペンション位置を車両停止前に中立位置に戻すことが必要である。

本発明の電動車両のピッチング制御装置では、停止直前に制駆動トルクの減速度を滑らかに低減することで、急激な加速度変動を抑制し、ピッチング運動を低減する。

図４に、その時の具体的なピッチング運動の応答波形を示す。

図４では、登り勾配の走行路面での例を示している。

４０１〜４０３は車両速度、４０４〜４０７は制駆動トルク、４０８はピッチング応答を示す。また、４１０は制御開始タイミング、４１１は制御が終了し、車両が停止するタイミングである。登り勾配の路面において、一定速度４０１で登り走行するためには、運転者はアクセルペダル１０６を踏み、走行抵抗相当トルク分の駆動トルク指令４０４を出力しているものとする。

運転者がブレーキペダル１０７を操作して、４０５に示すように駆動輪に一定制動トルクが印加されると、車両速度は前述のピッチング運動の説明と同様４０２のように一定の傾きで減少する。その時のピッチング運動は、一定制動トルクが印加されている期間中はその減速度に応じた量の前のめり、すなわちノーズダイブを引き起こす。

このとき、車両速度がゼロになり車両が停止するタイミング４１１の時点で制動トルクが走行抵抗相当トルクとなるように制駆動トルクを４０６の如く制御すれば、ピッチング運動の大きさも中立位置に戻っているので、停止後の揺り戻し振動を引き起こさない。

よって、制御開始タイミング４１０から、トルク補正値算出器１０９においてトルク補正値を算出し、運転者の加速要求及び減速要求に基づいて算出した制駆動トルク出力が、電動車両が停止時において、走行抵抗相当トルクとなるように制御を行うことで、ピッチング運動の制御を効果的に行うことができる。

このような制駆動トルクの制御により、ピッチング運動の大きさもそれに従って減少すると共に、車両速度は４０３のように停止までの時間経過に伴って漸近的にゼロに近づく。

ここで、停止時において制駆動トルクが走行抵抗相当トルクと一致していない場合、車両はその速度がゼロになった後も加速してしまったり坂道をずり落ちてしまったりするなどして加速度に不連続が生じ、揺り戻し振動が発生してしまう。

なお、本実施例における走行抵抗相当トルクは、後述の第２の実施例に記載の制御開始時において、電動車両が走行している勾配路面に対する走行抵抗相当トルクを適用するものとする。

以上説明したように、本発明では、走行抵抗算出手段１１０により検出された走行抵抗相当トルクに基づき、トルク補正値算出器１０９がトルク補正値を算出し、駆動装置１０８においてトルク補正値に基づき駆動用モータ１１２に出力する制駆動トルクの補正を行う。これにより、車両急停止時のピッチング運動を停止直前に中立位置に復帰させることができ、特に勾配のある走行路面においてもその走行抵抗に影響されない確実かつ高精度な制御を実現することができる。

次に、本発明における第２の実施形態を説明する。

第１の実施形態では具体的なトルク補正値の算出方法については説明しなかったが、本実施形態ではトルク補正値Ｔ_revとして予め与えられた補正関数ｆ（ｔ）に従い駆動トルクを補正するものとする。

ここでは簡単のために、前述の図４の４０６に相当する１次関数による直線的な補正を例として説明する。

図５は、本発明の電動車両のピッチング制御装置における処理の流れを示したものである。

図５に示されるように、まず、ステップＳ０１において、車両状態量、たとえば運転者によるブレーキペダル１０７の操作量や、速度検出手段１１１で計測した車両速度、駆動用モータ１１２で出力する制駆動トルクなどについて確認を行う。

次に、ステップＳ０２において、車両が停止直前の状態であるか、かつピッチング制御を行うべき状態であるかの条件を判断する。

もし制御条件に該当しなければ、ステップＳ０１に戻り、制御条件に該当すればステップＳ０３に進む。

ステップＳ０３では、速度検出手段１１１で計測した車両速度ｖ及び駆動用モータ１１２で出力する減速トルクＴの確認を行う。

次に、ステップＳ０４において制御開始タイミングであるかの判定を行う。

制御開始タイミングになっていると判定されれば、ステップＳ０５へと進む。

一方、制御開始タイミングになっていなければステップＳ０１に戻り再度車両状態を確認する。

このステップＳ０４において、制御開始タイミングの具体的な判定方法は、以下の通りである。

判定時に駆動用モータ１１２で出力する減速トルクＴ₀を初期値として、補正関数ｆ（ｔ）に従い最終的に走行抵抗相当トルクＴ_resistになるように補正した場合の車両の減速度を積分する。なお、減速度は減速トルクをタイヤ半径ｒ_tと車量重量ｍで除することで求められる。

すなわち、制御開始後の減速量
ｖ_cont＝∫｛（Ｔ₀＋ｆ（ｔ）−Ｔ_resist）／ｒ_t／ｍ）ｄｔ （９）
を計算し、現在の速度検出手段１１１で計測した車両速度ｖと比較する。

このときｖ≦ｖ_contになった場合には、制駆動トルク補正による車両速度の最終値がゼロ、すなわちちょうど車両停止になると判定して制御を開始する。

例えば、図４のように制駆動トルクを直線的に、すなわち１次関数に従って補正を行うとすると、上記のｆ（ｔ）は
Ｔ_rev（ｔ）＝Ｔ₀＋ΔＴ・ｔ （１０）
と表すことができる。

ここで、Ｔ₀は制御開始時の駆動用モータ１１２で出力した減速トルク、ΔＴは補正関数の傾きである。

この補正をｔ_contの期間行うとすれば、走行抵抗相当トルクをＴ_resistと置くと、
ΔＴ・ｔ_cont＝Ｔ₀＋Ｔ_resist （１１）
でなければならないから、式（９）の積分は０からｔ_contの区間で
ｖ_cont＝（Ｔ₀＋Ｔ_resist）²／（２・ｍ・ｒ_t・ΔＴ） （１２）
となり、この式に従って制御開始タイミングの速度を算出すれば良い。

この判定により制御開始タイミングであると判定されると、ステップＳ０５においてトルク補正値Ｔ_revを出力する。

ここで制御開始タイミングにおいてｔ＝０とすると、トルク補正値Ｔ_revは
Ｔ_rev＝Ｔ₀＋ｆ（ｔ） （１３）
であり、先の１次関数の補正の場合は
Ｔ_rev＝Ｔ₀＋ΔＴ・ｔ （１４）
で表される補正値を駆動装置１０８へと出力する。

ステップＳ０６では、時間ｔを制御周期分だけ増加させ、ステップＳ０７において制御期間の終了、例えばｔ≧ｔ_contであるか、車両が停止した場合にはこのループを抜け、処理を終了する。

以上説明したように本発明では、トルク補正値として予め与えられた補正関数に従い制駆動トルクを補正することができる。説明中の例では、補正関数として１次関数の場合を示したが、例えばサスペンションの運動力学に基づき最適な補正曲線を予め用意しておき、それに従って制御を行うことも可能になる。また、車両停止時において制駆動トルクが漸近的に走行抵抗相当トルクとなるような制御を行うような関数であることが好ましい。さらに、補正関数の変化率は駆動装置１０８や駆動用モータ１１２の周波数特性よりも十分低いことはもちろん、トルク変動により引き起こされる車体のピッチング運動の周波数特性よりも低く、停止距離の延長などの影響が許容される範囲でできるだけ緩やかな変化であることが好ましい。このような補正関数に基づいて、制駆動トルクを制御することによって制御装置の高性能化・高信頼度化を実現することができる。

よって、走行抵抗算出手段１１０により検出された走行抵抗相当トルクは、トルク補正値算出器１０９における制御目標値として使用され、同様に、速度検出手段１１１によって検出される車両速度は、トルク補正値算出器１０９に入力され、制御開始タイミング４１０を決定するためのデータとして用いられることによって、制駆動トルクが走行抵抗相当トルクとなるように制御を行うことができる。

次に、本発明における第３の実施形態を説明する。

一般的な車両は、乗り心地と操縦安定性を両立するためにサスペンション装置には、非線形バネを用いている。このとき、前述の式におけるサスペンション装置の剛性Ｋは、一般に車両重量ｍの関数となる。つまり、車両重量ｍが変化すればサスペンション装置のたわみ量も非線形に変化し、ピッチング剛性も変化するので、それによりピッチング運動の固有振動数も変化する。

さらに、搭乗者や積荷の重量変化に伴い重心位置も変化するため、先のサスペンションたわみ量の変化と合せて重心高ｈも大きく変化する。

以上のことから、ピッチング制御装置では、重量変化や路面勾配といった点も考慮した上で、制御系設計をする必要がある。

本発明では、前輪１０１および後輪１０２付近に設けられた車両重量判定手段１１３および１１４を備えている。車両重量判定手段１１３および１１４は、例えば車両のサスペンション装置１０３および１０４のストロークセンサなどを用いて得られたサスペンション変位に対して、既知のサスペンションバネ定数との積をとることで車両重量を算出するものである。また、油圧式サスペンション装置に設置した圧力センサで各輪の輪荷重を計算し、前述の車両重量との合計をとることで、搭乗員や積荷などを含めた車両の総重量を判定することが可能である。他にも、車体と地面との距離を計測したり、車体やサスペンション装置の荷重指示部分に取り付けた歪センサを用いたりするなど、その重量判定の方法を制限しないものとする。

この車両重量判定手段により得られた車両重量情報に基づき、第２の実施形態で説明した補正関数ｆ（ｔ）を適宜変更・調整する。これにより、車両重量が変化した場合でも適切な駆動トルク補正値を算出できるようにする。

具体的には、前述の式（８）の伝達関数からも分かるように、ピッチング運動の固有振動数は車体慣性モーメントに比例し、ピッチング剛性に反比例するため、車両重量の変化を制御装置に適切に反映しなければ効果的なピッチング制御は実現できない。

そこで、先の第２の実施形態で説明した補正関数ｆ（ｔ）の時間経過に対する変化量を固有振動数に合わせて調整する。

補正関数ｆ（ｔ）が１次関数による直線的な補正であるとすれば、式（１０）のΔＴをピッチング運動の固有振動数に合わせて増減するようにする。

例えば、車両重量とピッチング運動の固有振動数との関係を予め算出しておき、判定された車両重量に応じた固有振動数が高ければ、ピッチング運動の変化が急峻であるとしてΔＴを大きくし、逆に、固有振動数が低ければピッチング運動の変化が緩慢であるからそれに合わせてΔＴを小さくし、補正関数も緩やかにすることが考えられる。

さらに複雑な補正関数やテーブルを用いた補正をする場合には、補正関数ｆ（ｔ）のｔの代わりにｔ′＝Δｔ・ｔと置き、固有振動数が高い場合にはΔｔを１より大きくして補正関数の変化を速くし、固有振動数が低い場合にはΔｔを１より小さくして補正関数の変化を遅くすることもできる。

本実施形態の処理の流れを第２の実施形態と同様に図５を用いて説明すると、ステップＳ０１の車両状態量確認の処理において前述の判定方法により車両重量判定手段で得られた車両重量を確認し、その車両重量を用いてステップＳ０４及びステップＳ０５における補正関数演算の関数を調整するものとする。

このように本発明の電動車両のピッチング制御装置においては、車両重量判定手段を用いて車両重量の変化に伴うピッチング運動の固有振動数を制御に反映し、特に積荷の重量変化により車重が大幅に変化するトラックなどの積載状況などに影響されない確実かつ高精度な制御を実現することができ、輸送機器に好適な発明としている。

次に、本発明における第４の実施形態を説明する。

本実施形態では走行抵抗相当トルクの大きさに基づき補正関数ｆ（ｔ）を適宜変更・調整することで、車両走行路面の勾配などが変化した場合でも適切な駆動トルク補正値を算出できるようにする。

車両の置かれた勾配の変化によって、車両の前後重量配分の変化が生じるが、サスペンションのバネが非線形性を持っている場合には、前後サスペンションのバネ定数も変化し、ピッチング剛性が変化することになる。

これにより、先に詳述したように、ピッチング剛性に反比例してピッチング運動の固有振動数も変化するため、路面勾配の変化を制御装置に適切に反映しなければ効果的なピッチング制御は実現できない。

そこで、先の実施形態で説明したように補正関数ｆ（ｔ）の時間経過に対する変化量の大きさを固有振動数に合わせて調整する。例えば、走行抵抗相当トルクとピッチング運動の固有振動数との関係を予め算出しておき、検出された走行抵抗相当トルクに応じた固有振動数が高ければピッチング運動の変化が急峻であるとして補正関数ｆ（ｔ）の変化の速さを大きくする。

逆に、固有振動数が低ければピッチング運動の変化が緩慢であるから、補正関数ｆ（ｔ）の変化の速さを小さくすることが考えられる。

このように、本発明の電動車両のピッチング制御装置においては、走行抵抗算出手段を用いて検出された走行抵抗相当トルク、すなわち路面勾配の変化を制御に反映することで、勾配路面においても好適な制御性能を維持可能な発明とする。

次に、本発明における第５の実施形態を説明する。

前述の実施形態では、走行抵抗相当トルクで表される路面勾配の大きさにより、サスペンションのピッチング剛性を推定し制御に反映するという考え方を示した。

一方で、サスペンション剛性、またはそれにより変化するピッチング振動の振幅そのものを検知することでも、より高精度な制御が可能である。

そこで本実施形態では、サスペンションのピッチングの大きさを検出するピッチング量検出手段１１５，１１６により得られたピッチング量に基づき補正関数ｆ（ｔ）を変更するという形態を示す。

ピッチング運動は、車体の前後方向の加減速によって引き起こされることから、速度検出手段１１１で計測した車両速度の時間微分値から車両加速度を算出し、ピッチング量を車両加速度で除したピッチング応答ゲインを求めることができる。

このピッチング応答ゲインは式（６）右辺のａ_xの係数であり、ピッチング剛性に反比例することから、ピッチング応答ゲインが大きければピッチング振動の固有振動数は低くなり、変化が緩慢になると考えられる。

そこで、このピッチング応答ゲインを用いてゲインが大きい場合には、補正関数ｆ（ｔ）の変化の速さを小さくなるように変化させるものでも良い。

これにより、補正関数をピッチング剛性から適宜修正することが可能となり、制御装置のさらなる高精度化を実現することができる。

次に、本発明における第６の実施形態を説明する。

前述の各実施形態では駆動トルクの補正に予め規定した補正関数を用いてフィードフォワード的に補正を行う考え方を示した。

一方で本実施例では、例えば走行路面の勾配を含む走行抵抗相当トルクを検出する走行抵抗算出手段１１０における走行抵抗相当トルク、速度検出手段１１１の検出値である車両速度の時間微分値である車両加速度、および電動車両の車両重量に基づいて、車両のピッチング運動状態量を予測する目標ピッチング量を算出する。

その目標値とピッチング量検出手段１１５および１１６による実際のピッチング振動の振幅の大きさであるピッチング量との差分により、トルク補正値を決定する、いわゆるフィードバック的な補正手法も考えられる。

もしくはこれらのそれぞれの時間微分値であるピッチング速度の差分を用いることによるフィードバック的な補正でも良い。

または、前述の補正関数によるフィードフォワード的な制御と組み合わせることで、外乱による誤差分をフィードバック的な補正で補償することも考えられる。

これにより前記駆動トルク補正を現実の状況に合わせて適宜修正することが可能となり、制御装置のロバスト化を実現することができる。

次に、本発明における第７の実施形態を説明する。

本発明のピッチング制御装置では停止直前の制駆動トルクの補正を行うため、補正内容によってはわずかではあるが停止距離が延びてしまう場合がある。

しかしながら緊急停止が必要な状況においてはこのような事態を回避するために、振動抑制よりも確実な車両停止を優先して制駆動トルクの補正を中止することが考えられる。

そこで、ハンドル１０５，アクセルペダル１０６及びブレーキペダル１０７に取り付けられた運転操作量検出手段１１８により、運転者の操作状況を検出する際に、ハンドルの操舵量と操舵速度が予め設定した値より大きい場合には、緊急回避操作を行う。

一方、ペダル操作量と操作速度が予め設定した値より大きく、急制動操作を検出した場合には、運転者が緊急回避行動を行ったと判断して制駆動トルクの補正を中止する。

または、前報障害物検知手段１１７により、前方障害物を検知する場合もある。前報障害物検知手段１１７には、例えばレーザ，ミリ波，超音波などを前方に照射してその反射波を検知したり、カメラを用いて前方の障害物画像を検知するなどの方法がある。

このような方法により、車両の前方に何らかの障害物が検出された場合には、緊急制動が必要だと判断して制駆動トルクの補正を中止する。

これにより制動トルクを最大化して制動距離を短縮し、制御の緊急制動への影響を抑止することが可能となり、制御装置の安全性を向上させることができる。

次に、本発明における第８の実施形態を説明する。

例えばダンプトラックなどの荷役用電動車両においては、車両の減速に用いられる回生トルクが車両重量に比較して小さく、車両停止時の制動ペダル操作は通常最大操作が行われる。

よって、このようにブレーキペダル１０７の操作量が継続的に最大量を維持されている場合には、車両停止のためのブレーキ操作であると判断することができ、速度調整のための軽微なブレーキ操作ではないという判定をすることが可能である。

そこで本実施形態では、前述した実施形態と同様に、ブレーキペダル１０７に取り付けられた運転操作量検出手段１１８により運転者の操作状況を検出する。

そして、ブレーキペダル操作量が、予め設定した一定時間以上継続的に操作量の最大であると検出された場合には、車両停止の要求であると判断し、制駆動トルクの補正を実施するものとする。

これにより速度調整と車両停止の状況を分離することが可能となり、制御装置の操作性を向上させることができる。

次に、本発明における第９の実施形態を説明する。

車両停止時のブレーキペダル操作は、まず所望の車両減速度を得られるようにペダル操作が行われる。そして、停止直前には運転者によってペダルをやや緩めることによって経験的にピッチング振動を抑えようとする操作を行うことが多い。

しかしながら大型の荷役用電動車両などでは人間による微妙な操作が難しく、ピッチング振動が起きてしまうことも多い。

そこで、ブレーキペダル１０７の操作量が車両停止の直前で緩められることを検知した場合には運転者がピッチング振動を抑えたい要求を持っているという判定が可能である。

そこで本実施形態では、前述した実施形態と同様に、ブレーキペダル１０７に取り付けられた運転操作量検出手段１１８により運転者の操作状況を検出する。

そして、ブレーキペダル操作量において予め設定した速度以下での減少が検出された場合には、車両停止時のピッチング振動抑制の要求であると判断し、前述の制駆動トルクの補正を実施するものとする。

これにより運転者に高い技能を要求することなく、運転者がピッチング抑制を求めている時にピッチング振動を抑制することが可能となり、制御装置の操作性を向上させることができる。

次に、本発明における第１０の実施形態を説明する。

ダンプトラックなどの荷役用電動車両においては、積荷の積込みなどの場合の停止位置調整のため、微速で前進しながら運転者が位置確認し、停止位置で制動操作を行うことがある。

このような場合においては走行速度が低いことからピッチング振動の発生量も小さいために制駆動トルクの補正を抑制し、制動力を最大化した方が操作性が向上すると考えられる。

そこで本実施形態では、車両速度検出手段１１１により車両の速度を検出・監視し、あらかじめ設定した速度以下でのブレーキペダル操作が行われた場合には、停止位置調整のための走行であると判断し、前述の制駆動トルクの補正を抑制するものとする。

これにより車両の停止位置の微調整時などのように、運転者が即時の停止を要求しているにも係らず、余分な制動トルクの減少を行ってしまうことを抑制することが可能となり、制御装置の操作性を向上することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明の具体的な構成は上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。

１０１，２０３ 前輪
１０２，２０４ 後輪
１０３，１０４，２０５，２０６ サスペンション装置
１０５ ハンドル
１０６ アクセルペダル
１０７ ブレーキペダル
１０８ 駆動装置
１０９ トルク補正値算出器
１１０ 走行抵抗算出手段
１１１ 速度検出手段
１１２ 駆動用モータ
１１３，１１４ 車両重量判定手段
１１５，１１６ ピッチング量検出手段
１１７ 前報障害物検知手段
１１８ 運転操作量検出手段
２０１ 車体
２０２ 重心点
３０１，３０２ 車両速度
３０３，４０４〜４０７ 制駆動トルク
３０４，３０５，４０８〜４１１ ピッチング応答
４０１〜４０３ 車両速度

Claims (1)

1. 電動車両のピッチング運動によって生じる前記電動車両の姿勢変化を抑制する制御を行う前記電動車両のピッチング制御装置において、
   前記電動車両の加減速要求に基づき算出される制駆動トルクを算出する駆動装置と、
   前記制駆動トルクが、前記電動車両が停止時において勾配を有する路面に対して前記電動車両が停止状態を保つために必要な力を前記駆動用モータのトルクに換算した値である走行抵抗相当トルクとなるように、前記制駆動トルクに対するトルク補正値を算出するトルク補正値算出器と、を備え、
   前記走行抵抗相当トルクは、運転者のペダル操作量による前記電動車両の加減速要求に基づき算出された制駆動トルクと、前記電動車両の速度である車両速度の時間微分値から算出した車体慣性相当トルクとの差分から求められること、
   前記駆動装置は、前記トルク補正値算出器において算出されたトルク補正値に基づいて前記制駆動トルクの補正を行い、前記補正された制駆動トルクを出力することを特徴とする電動車両のピッチング制御装置。

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