JP5851812B2 - 電動車両制御装置および電動車両 - Google Patents

Description

この発明は、電動のモータで走行駆動される電気自動車等の電動車両の制御装置および電動車両に関する。

電気自動車等の電動車両では、内燃機関に比べて応答性の高いモータが用いられる。特に、インホイールモータ型の電気自動車では、各輪独立に応答性の高いモータが用いられる。

特開２００８−１７２９３５公報

電動車両は、上記のように駆動を応答性の良いモータで行うため、トルク制御による車両の安定走行化が容易と考えられている。特にスリップ制御に関しては、高速なトルク応答性を活かして、ブレーキで制御する以上の高度な制御が可能である。一般的にはタイヤの角加速度が一定値を超えた場合にスリップと判断し、トルクを低減させる制御が行われている。しかし、その方法では、駆動トルクの違いによるスリップ時の角加速度の違いを吸収できず、余裕を大きく取った安全側の閾値設定となり、タイヤのグリップ力を上限まで使うことができない。

この発明の目的は、適切なスリップ防止が行えて、タイヤのグリップ力を最大限に利用できる電動車両の制御装置および電動車両を提供することである。

前提構成となる電動車両制御装置は、加減速の操作手段３８の出力する指令を基にして上位制御手段２１より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータ８の駆動を制御するモータ制御装置２２を備えた電動車両制御装置において、
前記モータ８で駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段３９が設けられ、前記モータ制御装置２２に、前記回転検出手段３９で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段３９で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段４０が設けられたことを特徴とする。

この構成によると、スリップ対応制御手段４０は、スリップ判断のための車輪の角加速度の上限値を、車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この上限値を超えた場合に、スリップが発生したと判断してトルク指令値を低減させる。そのため、スリップ判断のための角加速度の上限値、つまり閾値を最適な値に設定することができて、無駄に安全側に大きくした閾値とならず、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができる。

前記スリップ対応制御手段４０は、車両重量を固定値とし、出力トルクのみによって角加速度の上限値を決定し設定するようにしても良い。車両重量を固定値とすれば、スリップ対応制御手段４０が簡易となり、また車両重量を測定するためのセンサ類が不要となる。

この発明における第１の発明の電動車両制御装置は、前記前提構成において、車両の２つの前輪および２つの後輪のそれぞれの車輪用軸受に荷重センサ４１が設けられ、前記スリップ対応制御手段４０は、前記各荷重センサ４１によりリアルタイムで車両重量を測定し、この測定された車両重量を用いて前記上限値を決定し、設定する。
この構成の場合、乗員数や積載荷物等により変化する車両重量を、リアルタイムで測定し、スリップ判断のための上限値を決定するため、より適切な上限値の設定が可能となり、タイヤのグリップ力をより一層最大限に利用することができる。

この発明における第２の発明の電動車両制御装置は、前記前提構成において、前記スリップ対応制御手段４０は、車輪の角加速度が前記上限値を超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させる。スリップ対応制御手段４０によるトルクの低減量は固定値としてもスリップ制御が可能であるが、上限値を超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させることで、無駄にトルク低下させることなく、より一層適切なスリップ制御が行える。

この発明における第３の発明の電動車両制御装置は、前記前提構成であって、２輪以上の車輪を独立して駆動するモータおよび前記モータ制御装置を備えた電動車輪において、前記スリップ対応制御手段が各輪独立して制御可能に設けられている。
車輪のスリップは車輪個別に起こることが多いため、２輪以上の車輪を独立して駆動するモータを有する場合は、各輪独立してスリップ制御することで、無駄に走行駆動力を低減させずに済む。なお、スリップ制御は、スリップが生じてタイヤグリップ力が低下した車輪につき、タイヤグリップ力が生じるように行う制御であるため、左右の片方の車輪のみトルク指令値を低下させるようにしても、左右の走行駆動力のバランスは、スリップが生じている場合よりも良好となる。

この発明の電動車両は、この発明の上記いずれかの構成の電動車両制御装置を備えたものである。この電動車両によると、この発明の電動車両制御装置によるスリップ制御により、スリップ判断のための角加速度の上限値が無駄に安全側に大きくした閾値とならず、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができて、無駄に速度低下を生じさせることなく、スリップの少ない安定した走行が行える。

電動車両のスリップ対応制御方法は、加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御する電動車両において、前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出し、この検出された角加速度を用いて角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、検出された車輪の角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させる方法である。
この方法によると、この発明の電動車両制御装置につき説明したと同様に、適切なスリップ防止が行えて、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができる。

この発明における第１の発明の電動車両制御装置は、加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置を備えた電動車両制御装置において、前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段が設けられ、前記モータ制御装置に、前記回転検出手段で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段が設けられ、前記スリップ対応制御手段は、前記各荷重センサによりリアルタイムで車両重量を測定し、この測定された車両重量を用いて前記上限値を決定し設定するため、適切なスリップ防止が行えて、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができる。
この発明における第２の発明の電動車両制御装置は、加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置を備えた電動車両制御装置において、前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段が設けられ、前記モータ制御装置に、前記回転検出手段で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段が設けられ、前記スリップ対応制御手段は、車輪の角加速度が前記上限値を超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させるため、適切なスリップ防止が行えて、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができる。
この発明における第３の発明の電動車両制御装置は、加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置を備えた電動車両制御装置において、前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段が設けられ、前記モータ制御装置に、前記回転検出手段で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段が設けられ、２輪以上の車輪を独立して駆動するモータおよび前記モータ制御装置を備えた電動車輪において、前記スリップ対応制御手段が各輪独立して制御可能に設けられたため、適切なスリップ防止が行えて、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができる。

この発明の電動車両は、この発明の電動車両制御装置を備えるため、タイヤのグリップ力を最大限に利用したスリップ防止が行えて、無駄に速度低下を生じさせることなく、スリップの少ない安定した走行が行える。

この発明の一実施形態に係る電動車両を平面図で示す概念構成のブロック図である。 同電動車両のインホイールモータユニットの概念構成を示すブロック図である。 同電動車両におけるインバータ装置およびスリップ対応制御手段の概念構成を示すブロック図である。 同インバータ装置に設けられたスリップ対応制御手段による制御例を示すグラフである。 同電気自動車におけるインホイールモータ駆動装置の破断正面図である。 図５のVI− VI 線断面図である。 図６の部分拡大断面図である。 同電動車両における車輪用軸受の外方部材の側面図と荷重検出用の信号処理ユニットとを組み合わせた図である。 同電動車両におけるセンサユニットの拡大平面図である。 同センサユニットの断面図である。

この発明の一実施形態を図１ないし図１０と共に説明する。この電動車両は、車体１の左右の後輪となる車輪２が駆動輪とされ、左右の前輪となる車輪３が従動輪の操舵輪とされた４輪の自動車である。駆動輪および従動輪となる車輪２，３は、いずれもタイヤを有し、それぞれ車輪用軸受４，５を介して車体１に支持されている。車輪用軸受４，５は、図１ではハブベアリングの略称「Ｈ／Ｂ」を付してある。左右の駆動輪である車輪２，２は、それぞれ独立の走行用のモータ６，６により駆動される。モータ６の回転は、減速機７および車輪用軸受４を介して車輪２に伝達される。これらモータ６、減速機７、および車輪用軸受４は、互いに一つの組立部品であるインホイールモータ駆動装置８を構成しており、インホイールモータ駆動装置８は、一部または全体が駆動輪２内に配置される。モータ６は、減速機７を介さずに直接に駆動輪２を回転駆動するものであっても良い。各インホイールモータ駆動装置８は、後述のインバータ装置２２と共に、インホイールモータユニット３０を構成する。各駆動輪および従動輪である車輪２，３には、電動式等の摩擦ブレーキである機械式のブレーキ９，１０がそれぞれ設けられている。

左右の前輪となる操舵輪である車輪３，３は、転舵機構１１を介して転舵可能であり、操舵機構１２により操舵される。転舵機構１１は、タイロッド１１ａを左右移動させることで、車輪用軸受５を保持した左右のナックルアーム１１ｂの角度を変える機構であり、操舵機構１２の指令によりＥＰＳ（電動パワーステアリング）モータ１３を駆動させ、回転・直線運動変換機構（図示せず）を介して左右移動させられる。操舵角は操舵角センサ１５で検出し、このセンサ出力はＥＣＵ２１に出力され、その情報は左右輪の加速・減速指令等に使用される。

制御系を説明する。自動車全般の制御を行う電気制御ユニットであるメインのＥＣＵ２１と、このＥＣＵ２１の指令に従って走行用のモータ６の制御を行うモータ制御装置であるインバータ装置２２と、ブレーキコントローラ２３とが、車体１に搭載されている。ＥＣＵ２１は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、並びに各種の電子回路等で構成される。

ＥＣＵ２１は、機能別に大別すると駆動に関する制御を行う駆動制御部２１ａと、その他の制御を行う一般制御部２１ｂとに分けられる。駆動制御部２１ａは、トルク配分手段４８を有していて、トルク配分手段４８は、アクセル操作部１６の出力する加速指令と、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令と、操舵角センサ１５の出力する旋回指令とから、左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値として生成し、インバータ装置２２へ出力する。前記アクセル操作部１６およびブレーキ操作部１７が加減速の操作手段３８（図３）となる。図１において、トルク配分手段４８は、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令があったときに、モータ６を回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値と、機械式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値とに配分する機能を持つ。回生ブレーキとして機能させる制動トルク指令値は、前記左右輪の走行用モータ６，６に与える加速・減速指令をトルク指令値に反映させる。機械式のブレーキ９，１０を動作させる制動トルク指令値は、ブレーキコントローラ２３へ出力する。トルク配分手段４８は、上記の他に、出力する加速・減速指令を、各車輪２，３の車輪用軸受４，５に設けられた回転センサ２４，２４Ａから得られるタイヤ回転数の情報や、車載の各センサの情報を用いて補正する機能を有していても良い。アクセル操作部１６は、アクセルペダルとその踏み込み量を検出して前記加速指令を出力するセンサ１６ａとでなる。ブレーキ操作部１７は、ブレーキペダルとその踏み込み量を検出して前記減速指令を出力するセンサ１７ａとでなる。

ＥＣＵ２１の一般制御部２１ｂは、各種の補機システム２５を制御する機能、コンソールの操作パネル２６からの入力指令を処理する機能、表示手段２７に表示を行う機能などを有する。前記補機システム２５は、例えば、エアコン、ライト、ワイパー、ＧＰＳ、エアバッグ等であり、ここでは代表して一つのブロックとして示す。

ブレーキコントローラ２３は、ＥＣＵ２１から出力される制動指令に従って、各駆動輪２，従動輪３の機械式のブレーキ９，１０に制動指令を与える手段であり、制動専用のＥＣＵとなる電子回路やマイコン等により構成される。メインのＥＣＵ２１から出力される制動指令には、ブレーキ操作部１７の出力する減速指令によって生成される指令の他に、ＥＣＵ２１の持つ安全性向上のための手段によって生成される指令がある。ブレーキコントローラ２３は、この他にアンチロックブレーキシステムを備える。

インバータ装置２２は、各モータ６に対して設けられたパワー回路部２８と、このパワー回路部２８を制御するモータコントロール部２９とで構成される。モータコントロール部２９は、各パワー回路部２８に対して共通して設けられていても、別々に設けられていても良いが、共通して設けられた場合であっても、各パワー回路部２８は、例えば互いにモータトルクが異なるように独立して制御可能なものとされる。モータコントロール部２９は、このモータコントロール部２９が持つインホイールモータ８に関する各検出値や制御値等の各情報（「ＩＷＭシステム情報」と称す）をＥＣＵ２１に出力する機能を有する。
この実施形態では、モータコントロール部２９は、各パワー回路部２８に対して別々に設けられ、これらパワー回路部２８とモータコントロール部２９とでなるインバータ装置２２と、その制御対象のモータ６を含むインホイールモータ駆動装置８とで、前述のようにインホイールモータユニット３０が構成される。

図２は、インホイールモータユニット３０の概念構成を示すブロック図である。インバータ装置２２のパワー回路部２８は、バッテリ１９の直流電力をモータ６の駆動に用いる３相の交流電力に変換するインバータ３１と、このインバータ３１を制御するＰＷＭドライバ３２とで構成される。モータ６は３相の同期モータ、例えばＩＰＭ型（埋込磁石型）同期モータ等からなる。インバータ３１は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）で構成され、ＰＷＭドライバ３２は、入力された電流指令をパルス幅変調し、前記各半導体スイッチング素子にオンオフ指令を与える。

モータコントロール部２９は、コンピュータとこれに実行されるプログラム、および電子回路により構成される。モータコントロール部２９は、上位制御手段であるＥＣＵ２１から与えられる加速・減速指令となるトルク指令に従い、電流指令に変換して、パワー回路部２８のＰＷＭドライバ３２に電流指令を与える。また、モータコントロール部２９は、インバータ３１からモータ６に流すモータ電流値を電流センサ３５から得て、電流フィードバック制御を行う。この電流制御では、モータ６のロータの回転角を角度センサ３６から得て、ベクトル制御等の回転角に応じた制御を行う。

この実施形態は、図３に示すように、インバータ装置２２のモータコントロール部２９におけるモータコントロール主部３７の上位に、次のスリップ対応制御手段４０を設けている。また、車輪の角加速度を検出する回転検出手段３９を設けている。モータコントロール主部３７は、上記のＥＣＵ２１から与えられるトルク指令に従い、パワー回路部２８へ与える電流指令を、ベクトル制御等の回転角に応じた制御で行う手段である。回転検出手段３９は、モータ６のロータの角加速度を検出し、車輪の角加速度に換算して出力する。回転検出手段３９は、例えばレゾルバとその検出信号を処理する手段とでなるが、前記角度センサ３６を車輪の角加速度の検出用の回転検出手段３９として用いても良い。なお、上記のスリップ対応制御手段４０は、個々の車輪のモータ６に対するインバータ装置２２に、互いに独立して制御可能に設けられる。

スリップ対応制御手段４０は、上限値計算部４２と、角速度変化判断部４３と、加算部４４とで構成される。上限値計算部４２は、回転検出手段３９で検出された角加速度の上限値を、車両重量と出力トルクとの関数として計算し、計算結果となる上限値を閾値として設定する手段である。出力トルクの値は、インバータ装置２２におけるモータコントロール部２９で、電流計の電流検出値等から認識している現在のモータ駆動トルクの値を使用する。

角速度変化判断部４３は、上限値計算部４２で計算された上限値を、回転検出手段３９で検出された角加速度が超えたか否かを判定し、超えた場合に、上位のＥＣＵ２１からのトルク指令値を低減させるトルク補正値を出力する手段である。加算部４４は、ＥＣＵ２１からのトルク指令値に、角速度変化判断部４３が出力したトルク補正値を加算する手段である。

スリップ対応制御手段４０の上限値計算部４２は、車両重量を固定値として、検出値としては出力トルクのみを用いて角加速度の上限値を決定し設定するものであっても良く、また車両の２つの前輪３および２つの後輪２（図１）のそれぞれの車輪用軸受４，５に荷重センサ４１（図３）を設け、各荷重センサ４１によりリアルタイムにより車両重量を測定してその測定された車両重量を用いて前記上限値を決定し設定するものであっても良い。

スリップ対応制御手段４０における角加速度判断部４３は、車輪の角加速度が前記上限値を超えた程度に応じて、出力するトルク補正値であるトルクの低減量を変化させるものとしている。前記上限値を超えた程度に応じたトルクの低減量は、比例的、つまり直線的に変化させるようにしても、また定められた曲線に応じて、あるいは段階的に変化させるようにしても良い。なお、角加速度判断部４３は、出力するトルク補正値を一定としても良い。

上記構成によるスリップ対応制御の方法を説明する。駆動輪となる各車輪の角速度の変化、すなわち回転検出手段３９から出力される角速度の変化を、角加速度判定部４３で監視する。角加速度判定部４３により、角速度の変化が、上限値計算部４２で車両重量とトルクから後述のように換算される上限値である閾値（Δω0 ）よりも大きい場合には、タイヤがスリップしていると判断し、トルク補正値を出力し、加算部４４によってトルク指令値に加算する。この場合に、角加速度判定部４３は、トルク指令値＋トルク補正値の値が徐々に小さくなるようにトルク補正値を出力する。図４は、そのトルク補正値の変化例を示す。

角加速度判定部４３は、上記のようにタイヤがスリップしていると判断して補正値を出力した後、タイヤがスリップしていないと判断した場合、つまり角速度の変化が上限値である閾値（Δω0 ）以下になったと判断した場合には、加算するトルク補正値を小さくして行き、トルク指令値＋トルク補正値がトルク指令値と同じになるように、すなわちトルク指令値が徐々に低下して零となるように動作する。

次に、スリップ判断の閾値（Δω0 ）を車両重量と出力トルクとの関数とすることの適切性を、計算式と共に説明する。ここで、
車両満載時質量：Ｗ(kg)、
車軸トルク：Ｔ (Nm) 、
モータトルク：Ｔ_O (Nm)、
タイヤ有効半径：Ｒ(m) 、
タイヤ角速度：ω(rad/s) 、
モータ角速度：ω_０(rad/s)、
タイヤ接地部の推力：Ｆ (N)、
車両加速度：α(m/s²)、
車両速度：Ｖ(m/s) 、
重力加速度：ｇ (m/s²) 、
減速比：Ｎ、
とする。

車両の運動則は、次の通りである。
Ｆ＝Ｔ／Ｒ＝Ｎ＊Ｔ_O ／Ｒ＝Ｗ＊ｇ＊α （１）
Ｖ＝Ｒ＊ω＝α＊ｔ （２）
ω＝ω_０／Ｎ （３）
（2）、（3）式より
α＝Ｒ＊ω_０／（Ｎ＊ｔ） （４）
（1）、（4）式より
ω_０＝Ｎ^２＊Ｔ_０＊Ｗ＊ｇ＊ｔ／Ｒ^２ （５）
（5）式より、モータ角加速度は
ω_０’＝Ｎ^２＊Ｔ_０＊Ｗ＊ｇ／Ｒ^２ [rad/s²] （６）
（6）式より、実モータの角加速度Δω０は
Δω０＜Ｎ^２＊Ｔ_０＊Ｗ＊ｇ／Ｒ^２ （７）
となるはずである。
（Δω０：車両重量とトルクから換算できる最大の角速度変化）

モータ回転角の検出手段であるレゾルバのモータ1回転あたりの分割数は、 レゾルバの分解能×極対数 とすると、ビット換算した回転角速度変化は、
Δωｒ＝レゾルバの分解能×Ｎ^２＊Ｔ_０＊Ｗ＊ｇ／Ｒ^２
Δωｒ∝Ｋ＊Ｔ_０＊Ｗ（Ｋ＝レゾルバの分解能×Ｎ^２＊ｇ／Ｒ^２）（８）
（8）式よりω_ｒ∝Ｋ＊Ｔ_０
片輪あたりのトルク出力は、Ｔ_０＝２＊Ｔ_１（Ｔ_１：片輪のトルク）なので
ω_ｒ∝Ｋ＊Ｔ_１

モータトルクＴ１に対して、Ｋ＊Ｔ_１以上のビット換算した回転角速度変化が検出された場合にはスリップと判断でき、角速度変化判断部４３はモータトルクを低減させるトルク補正値を出力する。
また上式より、この角速度変化の上限値は、車両の重量の関数であることがわかる。よって、車両の４輪の車軸荷重をリアルタイムで測定し、総和を常識のＷとすれば、最適制御が行える。

上記構成の電動車両制御装置によると、このようにして適切なスリップ防止が行えて、タイヤのグリップ力を最大限に利用することができる。

次に、図５〜図７と共に、前記インホイールモータ駆動装置８の具体例を示す。このインホイールモータ駆動装置８は、車輪用軸受４とモータ６との間に減速機７を介在させ、車輪用軸受４で支持される駆動輪２のハブベアリングとモータ６の回転出力軸７４とを同軸心上で連結してある。減速機７は、サイクロイド減速機であって、モータ６の回転出力軸７４に同軸に連結される回転入力軸８２に偏心部８２ａ，８２ｂを形成し、偏心部８２ａ，８２ｂにそれぞれ軸受８５を介して曲線板８４ａ，８４ｂを装着し、曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を車輪用軸受４へ回転運動として伝達する構成である。なお、この明細書において、車両に取り付けた状態で車両の車幅方向の外側寄りとなる側をアウトボード側と呼び、車両の中央寄りとなる側をインボード側と呼ぶ。

車輪用軸受４は、内周に複列の転走面５３を形成した外方部材５１と、これら各転走面５３に対向する転走面５４を外周に形成した内方部材５２と、これら外方部材５１および内方部材５２の転走面５３，５４間に介在した複列の転動体５５とで構成される。内方部材５２は、駆動輪を取り付けるハブを兼用する。この車輪用軸受４は、複列のアンギュラ玉軸受とされていて、転動体５５はボールからなり、各列毎に保持器５６で保持されている。上記転走面５３，５４は断面円弧状であり、各転走面５３，５４は接触角が背面合わせとなるように形成されている。外方部材５１と内方部材５２との間の軸受空間のアウトボード側端は、シール部材５７でシールされている。

外方部材５１は静止側軌道輪となるものであって、減速機７のアウトボード側のハウジング８３ｂに取り付けるフランジ５１ａを有し、全体が一体の部品とされている。フランジ５１ａには、周方向の複数箇所にボルト挿通孔６４が設けられている。また、ハウジング８３ｂには，ボルト挿通孔６４に対応する位置に、内周にねじが切られたボルト螺着孔９４が設けられている。ボルト挿通孔９４に挿通した取付ボルト６５をボルト螺着孔９４に螺着させることにより、外方部材５１がハウジング８３ｂに取り付けられる。

内方部材５２は回転側軌道輪となるものであって、車輪取付用のハブフランジ５９ａを有するアウトボード側材５９と、このアウトボード側材５９の内周にアウトボード側が嵌合して加締めによってアウトボード側材５９に一体化されたインボード側材６０とでなる。これらアウトボード側材５９およびインボード側材６０に、前記各列の転走面５４が形成されている。インボード側材６０の中心には貫通孔６１が設けられている。ハブフランジ５９ａには、周方向複数箇所にハブボルト６６の圧入孔６７が設けられている。アウトボード側材５９のハブフランジ５９ａの根元部付近には、駆動輪および制動部品（図示せず）を案内する円筒状のパイロット部６３がアウトボード側に突出している。このパイロット部６３の内周には、前記貫通孔６１のアウトボード側端を塞ぐキャップ６８が取り付けられている。

減速機７は、上記したようにサイクロイド減速機であり、図６のように外形がなだらかな波状のトロコイド曲線で形成された２枚の曲線板８４ａ，８４ｂが、それぞれ軸受８５を介して回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着してある。これら各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動を外周側で案内する複数の外ピン８６を、それぞれハウジング８３ｂに差し渡して設け、内方部材２のインボード側材６０に取り付けた複数の内ピン８８を、各曲線板８４ａ，８４ｂの内部に設けられた複数の円形の貫通孔８９に挿入状態に係合させてある。回転入力軸８２は、モータ６の回転出力軸７４とスプライン結合されて一体に回転する。なお、回転入力軸８２はインボード側のハウジング８３ａと内方部材５２のインボード側材６０の内径面とに２つの軸受９０で両持ち支持されている。

モータ６の回転出力軸７４が回転すると、これと一体回転する回転入力軸８２に取り付けられた各曲線板８４ａ，８４ｂが偏心運動を行う。この各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動が、内ピン８８と貫通孔８９との係合によって、内方部材５２に回転運動として伝達される。回転出力軸７４の回転に対して内方部材５２の回転は減速されたものとなる。例えば、１段のサイクロイド減速機で１／１０以上の減速比を得ることができる。

前記２枚の曲線板８４ａ，８４ｂは、互いに偏心運動が打ち消されるように１８０°位相をずらして回転入力軸８２の各偏心部８２ａ，８２ｂに装着され、各偏心部８２ａ，８２ｂの両側には、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動による振動を打ち消すように、各偏心部８２ａ，８２ｂの偏心方向と逆方向へ偏心させたカウンターウエイト９１が装着されている。

図７に拡大して示すように、前記各外ピン８６と内ピン８８には軸受９２，９３が装着され、これらの軸受９２，９３の外輪９２ａ，９３ａが、それぞれ各曲線板８４ａ，８４ｂの外周と各貫通孔８９の内周とに転接するようになっている。したがって、外ピン８６と各曲線板８４ａ，８４ｂの外周との接触抵抗、および内ピン８８と各貫通孔８９の内周との接触抵抗を低減し、各曲線板８４ａ，８４ｂの偏心運動をスムーズに内方部材５２に回転運動として伝達することができる。

図５において、モータ６は、円筒状のモータハウジング７２に固定したモータステータ７３と、回転出力軸７４に取り付けたモータロータ７５との間にラジアルギャップを設けたラジアルギャップ型のＩＰＭモータである。回転出力軸７４は、減速機７のインボード側のハウジング８３ａの筒部に２つの軸受７６で片持ち支持されている。

モータステータ７３は、軟質磁性体からなるステータコア部７７とコイル７８とでなる。ステータコア部７７は、その外周面がモータハウジング７２の内周面に嵌合して、モータハウジング７２に保持されている。モータロータ７５は、モータステータ７３と同心に回転出力軸７４に外嵌するロータコア部７９と、このロータコア部７９に内蔵される複数の永久磁石８０とでなる。

モータ６には、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を検出する角度センサ３６が設けられる。角度センサ３６は、モータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度を表す信号を検出して出力する角度センサ本体７０と、この角度センサ本体７０の出力する信号から角度を演算する角度演算回路７１とを有する。角度センサ本体７０は、回転出力軸７４の外周面に設けられる被検出部７０ａと、モータハウジング７２に設けられ前記被検出部７０ａに例えば径方向に対向して近接配置される検出部７０ｂとでなる。被検出部７０ａと検出部７０ｂは軸方向に対向して近接配置されるものであっても良い。ここでは、各角度センサ３６として、磁気エンコーダまたはレゾルバが用いられる。モータ６の回転制御は上記モータコントロール部２９（図１，２）により行われる。このモータ６では、その効率を最大にするため、角度センサ４２の検出するモータステータ７３とモータロータ７５の間の相対回転角度に基づき、モータステータ７３のコイル７８へ流す交流電流の各波の各相の印加タイミングを、モータコントロール部２９のモータ駆動制御部３３によってコントロールするようにされている。
なお、インホイールモータ駆動装置８のモータ電流の配線や各種センサ系，指令系の配線は、モータハウジング７２等に設けられたコネクタ９９により纏めて行われる。

図２に示す前記荷重センサ４１は、例えば図８に示す複数のセンサユニット１２０と、これらセンサユニット１２０の出力信号を処理する信号処理ユニット１３０とで構成される。センサユニット１２０は、車輪用軸受４における静止側軌道輪である外方部材５１の外径面の４か所に設けられる。図８は、外方部材１をアウトボード側から見た正面図を示す。ここでは、これらのセンサユニット１２０が、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材５１における外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に設けられている。信号処理ユニット１３０は、外方部材５１に設けられていても良く、インバータ装置２２のモータコントロール部２９に設けられていても良い。

信号処理ユニット１３０は、上記４箇所のセンサユニット１２０の出力を比較し、定められた演算式に従って、車輪用軸受４に作用する各荷重、具体的には、車輪２の路面・タイヤ間で作用荷重となる垂直方向荷重Ｆz 、駆動力や制動力となる車両進行方向荷重Ｆx 、および軸方向荷重Ｆy を演算し、出力する。前記センサユニット１２０を４つ設け、各センサユニット１２０を、タイヤ接地面に対して上下位置および左右位置となる外方部材５１の外径面の上面部、下面部、右面部、および左面部に円周方向９０度の位相差で等配しているので、車輪用軸受４に作用する垂直方向荷重Ｆz 、車両進行方向荷重Ｆx 、軸方向荷重Ｆy を精度良く推定することができる。垂直方向荷重Ｆz は、上下２つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られ、車両進行方向荷重Ｆx は、前後２つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られる。軸方向荷重Ｆy は、４つのセンサユニット１２０の出力を比較することで得られる。信号処理ユニット１３０による上記各荷重Ｆx ，Ｆy ，Ｆz の演算は、試験やシミュレーションで求められた値を基に、演算式やパラメータを設定しておくことで、精度良く行うことができる。なお、より具体的には、上記の演算には各種の補正を行うが、補正については説明を省略する。

上記各センサユニット１２０は、例えば、図９および図１０に拡大平面図および拡大断面図で示すように、歪み発生部材１２１と、この歪み発生部材１２１に取り付けられて歪み発生部材１２１の歪みを検出する歪みセンサ１２２とでなる。歪み発生部材１２１は、鋼材等の弾性変形可能な金属製の厚さ３ｍｍ以下の薄板材からなり、平面概形が全長にわたり均一幅の帯状で中央の両側辺部に切欠き部１２１ｂを有する。また、歪み発生部材１２１は、外輪１の外径面にスペーサ１２３を介して接触固定される２つの接触固定部１２１ａを両端部に有する。歪みセンサ１２２は、歪み発生部材１２１における各方向の荷重に対して歪みが大きくなる箇所に貼り付けられる。ここでは、その箇所として、歪み発生部材１２１の外面側で両側辺部の切欠き部１２１ｂで挟まれる中央部位が選ばれており、歪みセンサ１２２は切欠き部１２１ｂの周辺の周方向の歪みを検出する。

前記センサユニット１２０は、その歪み発生部材１２１の２つの接触固定部１２１ａが、外輪１の軸方向に同寸法の位置で、かつ両接触固定部１２１ａが互いに円周方向に離れた位置に来るように配置され、これら接触固定部１２１ａがそれぞれスペーサ１２３を介してボルト１２４により外輪１の外径面に固定される。前記各ボルト１２４は、それぞれ接触固定部１２１ａに設けられた径方向に貫通するボルト挿通孔１２５からスペーサ１２３のボルト挿通孔１２６に挿通し、外方部材５１の外周部に設けられたねじ孔１２７に螺合させる。このように、スペーサ１２３を介して外方部材５１の外径面に接触固定部１２１ａを固定することにより、薄板状である歪み発生部材１２１における切欠き部１２１ｂを有する中央部位が外輪１の外径面から離れた状態となり、切欠き部１２１ｂの周辺の歪み変形が容易となる。接触固定部１２１ａが配置される軸方向位置として、ここでは外方部材５１のアウトボード側列の転走面５３の周辺となる軸方向位置が選ばれる。ここでいうアウトボード側列の転走面５３の周辺とは、インボード側列およびアウトボード側列の転走面５３の中間位置からアウトボード側列の転走面５３の形成部までの範囲である。外方部材５１の外径面における前記スペーサ１２３が接触固定される箇所には平坦部１ｂが形成される。

歪みセンサ１２２としては、種々のものを使用することができる。例えば、歪みセンサ１２２を金属箔ストレインゲージで構成することができる。その場合、通常、歪み発生部材１２１に対しては接着による固定が行われる。また、歪みセンサ１２２を歪み発生部材１２１上に厚膜抵抗体にて形成することができる。

なお、上記実施形態では、図１，２に示すように、モータコントロール部２９をインバータ装置２２に設けたが、モータコントロール部２９はメインのＥＣＵ２１に設けても良い。また、ＥＣＵ２１とインバータ装置２２とは、この実施形態では分けて設けているが、一体化した制御装置として設けても良い。
また、上記実施形態は、インホイールモータ駆動装置８を備える電動車両に適用した場合につき説明したが、この発明は、オンボード形式のモータで左右の車輪を独立して駆動する電動車両や、１台のモータで左右の車輪を駆動する電動車両にも適用することができる。

１…車体
２，３…車輪
４，５…車輪用軸受
６…モータ
７…減速機
８…インホイールモータ駆動装置
２１…ＥＣＵ
２２…インバータ装置（モータ制御装置）
２４，２４Ａ…回転センサ
２８…パワー回路部
２９…モータコントロール部
３０…インホイールモータユニット
３１…インバータ
３２…ＰＷＭドライバ
３３…モータ駆動制御部
３６…角度センサ
３８…操作手段
３９…回転検出手段
４０…スリップ対応制御手段
４１…荷重センサ
４２…上限値計算部
４３…角加速度変化判定部
４４…加算部４５…摩擦係数推定手段
４６…許容最大トルク演算手段
４７…モータトルク指令値制限手段

Claims (4)

1. 加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置を備えた電動車両制御装置において、
   前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段が設けられ、前記モータ制御装置に、前記回転検出手段で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段が設けられ、
   車両の２つの前輪および２つの後輪のそれぞれの車輪用軸受に荷重センサが設けられ、前記スリップ対応制御手段は、前記各荷重センサによりリアルタイムで車両重量を測定し、この測定された車両重量を用いて前記上限値を決定し設定する電動車両制御装置。
2. 加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置を備えた電動車両制御装置において、
   前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段が設けられ、前記モータ制御装置に、前記回転検出手段で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段が設けられ、
   前記スリップ対応制御手段は、車輪の角加速度が前記上限値を超えた程度に応じてトルクの低減量を変化させる電動車両制御装置。
3. 加減速の操作手段の出力する指令を基にして上位制御手段より与えられるトルク指令値に従い走行用のモータの駆動を制御するモータ制御装置を備えた電動車両制御装置において、
   前記モータで駆動される車輪の角加速度を検出する回転検出手段が設けられ、前記モータ制御装置に、前記回転検出手段で検出された角加速度の上限値を車両重量と出力トルクとの関数として設定し、この設定された上限値を、前記回転検出手段で検出された角加速度が超えた場合に、前記トルク指令値を低減させるスリップ対応制御手段が設けられ、
   ２輪以上の車輪を独立して駆動するモータおよび前記モータ制御装置を備えた電動車輪において、前記スリップ対応制御手段が各輪独立して制御可能に設けられた電動車両制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の電動車両制御装置を備えた電動車両。

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