JP6261154B2 - インホイールモータを利用した車両制御方法 - Google Patents

Description

本発明はインホイールモータを利用した車両制御方法に係り、より詳しくは、横加速度、ヨーレートなどの値を利用して車両の姿勢を安定的に制御するインホイールモータを利用した車両制御方法に関する。

最近、自動車に電子技術を利用した制御システムが次第に増加して適用される傾向にあるが、特にＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ Ｂｒａｋｅ Ｓｙｓｔｅｍ）から始まってＴＣＳ（Ｔｒａｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を経て発展してきたＥＳＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）もその一例である。
ＥＳＣシステムは、カーブ道、滑りやすい道、突然の障害物の出現などによって運転手が車のバランスを失ったときに車の走行離脱を防ぐシステムである。ＥＳＣシステムは、車両の車輪、操向ホイール、車体中心に装着された多様なセンサの作動によって運転手が意図しない走行中の不安定な姿勢を自動的に補正してくれるものであり、北米とヨーロッパではＡＢＳと共に必ず装着するようになっている。
すなわち、走行中の車体の安定性を確保するためには、ＥＳＣシステムという別途の装置を必要とした。

しかし、ＥＳＣシステムはブレーキによって動作するため、特に商用車両の場合にはブレーキライニングが容易に磨耗するという問題があり、また、別途のＥＳＣモジュールおよびＥＳＣをコントロールするＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）が必要になり、装置が複雑になるという問題があった。（例えば、引用文献１〜３参照）。

特開２００６−２４０４９４号公報 特開２００６−１２３６１０号公報 特開２００９−０７３４１５号公報

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、車体の安定性を確保するために、ＥＳＣシステムではなくインホイールシステムを利用することにより、車両を安定的に制御することができるインホイールモータを利用した車両制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明によるインホイールモータを利用した車両制御方法は、操向角、ホイール速度、横加速度、ヨーレートを演算する段階、前記横加速度と予め設定された横加速度限界値を比較する段階、前記操向角、前記ホイール速度に基づいた運転手が要求する要求ヨーレートとインホイールモータによってホイールが駆動される車両の実測ヨーレートの差を予め設定されたヨーレートコントロール基準値と比較する段階、前記要求ヨーレートと前記実測ヨーレートの差が前記ヨーレートコントロール基準値よりも大きい場合には、前記要求ヨーレートと前記実測ヨーレートを比較する段階、前記要求ヨーレートと前記実測ヨーレートの差によって最終トルク値を発生させる段階、を含む車両制御方法であって、前記横加速度と予め設定された横加速度限界値を比較する段階において、前記横加速度が横加速度限界値よりも大きければ、トルク指令値によってインホイールモータのトルクをダウンさせ、前記横加速度が横加速度限界値よりも小さいか、または、インホイールモータのトルクが低下すれば、前記要求ヨーレートと前記実測ヨーレートの差を予め設定されたヨーレートコントロール基準値と比較する段階を行い、前記要求ヨーレートと実測ヨーレートの差がヨーレートコントロール基準値よりも小さければ、低下したトルク値または前記トルク指令値を内輪または外輪の最終トルク値とし、前記要求ヨーレートと実測ヨーレートの差が予め設定されたヨーレートコントロール基準値よりも大きければ、前記要求ヨーレートと実測ヨーレートを比較し、前記要求ヨーレートが実測ヨーレートよりも大きければ、アンダーステア（ｕｎｄｅｒｓｔｅｅｒ）として判断し、内輪の駆動力から内輪の制動トルク（ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ）値を減らし、運転手が意図としたヨーレートとなるように修正された内輪のフィードフォワードトルク（Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｔｏｒｑｕｅ）を発生させ、前記要求ヨーレートが実測ヨーレートよりも小さければ、オーバーステア（ｏｖｅｒｓｔｅｅｒ）として判断し、外輪の駆動力から外輪の制動トルク値を減らし、外輪のフィードフォワードトルクを発生させ、前記内輪または外輪のフィードフォワードトルクを最終トルクとし、前記ホイール速度は、インホイールモータの位置センサを利用して演算され、前記横加速度は、右輪のトルクと左輪のトルクとの差と車両速度である前記ホイール速度との関係によって演算され、前記ヨーレートは、前記横加速度と前記車両速度との関係によって演算されることを特徴とする。

前記横加速度が予め設定された前記横加速度限界値よりも大きい場合には、横転防止制御（Ｒｏｌｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ）システムを作動させてインホイールモータをトルク低下させることを特徴とする。

前記トルク低下は、前記横加速度と前記横加速度限界値の差によって予め設定されたトルク低減ファクタに基づいてなされることを特徴とする。

前記操向角は、操向装置のセンサ値を利用して演算されることを特徴とする。

本発明によると、ＥＳＣの機能をインホイールシステムで実現することによって車体の安定性を向上させることができ、ＥＳＣシステムを削除することによって原価を節減することができる。
また、ブレーキによって動作していたＥＳＣのヨーコントロール機能を駆動モータによって実現することにより、ブレーキの耐久性を向上させることができる。
さらに、ホイール毎に個別のブレーキの動作が実現され、必要な安全制御技術に拡張することができる。

インホイールモータが装着された車両の概略図である。 本発明の実施形態に係る車両制御のフローチャートである。 従来の車両のモータの位置を示す概略図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態によると、車両が回転するとき、車両を安定制御するために操向角、ホイール速度、横加速度、ヨーレートを測定し、横加速度と予め設定された横加速度限界値を比較した後、要求ヨーレートと実測ヨーレートの差によってアンダーステアまたはオーバーステアを判断して最終トルク値を演算することにより、車両の滑りを防ぐ。

まず、車体安定性制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下、ＥＳＣと略す）とは、走行中の車両の滑りまたは横転傾向をモニタリングして自動的にエンジン出力およびホイールブレーキを制御することにより、走行安定性を向上させる運転手支援システムを意味する。
ＥＳＣは、ディスクブレーキ装置に適用される。また、ＥＳＣシステムは、車両の走行中にエンジントルクを制御してブレーキを作動することにより、車両の横方向安定性を確保する。

図３は、従来の車両のモータの位置を示す概略図である。従来のハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ：ＨＥＶ）、水素燃料電池自動車（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ；ＦＣＥＶ）等のモータを利用した電気自動車では、バッテリ６０およびバッテリ制御機（ＢＭＳ）６５によって電力分配ユニット（ＰＤＵ）７０から電力が分配され、モータ制御機（ＭＣＵ）４０によって駆動力がモータ２０に分配され、分配された駆動力がアクセル３０を利用してそれぞれのホイール１０に分配される方式が用いられていた。

図１に、インホイールモータが装着された車両の概略図を示した。本発明のインホイールモータが装着された車両は、ホイール１０に装着されたインホイールモータ２０のそれぞれに直接電力を供給する方式である。
この方式は、上位制御機（ｖｅｈｉｃｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ：ＶＣＵ）５０で決定した電力値をモータ制御機（ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ：ＭＣＵ）４０がそれぞれのホイール１０に異なる電力を伝達するものである。このとき、電力は、電力分配ユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ：ＰＤＵ）７０から分配される。
また、インホイールモータは、基本的にホイール１０にモータ２０が装着されることによってブレーキ容量に制限を受けるため、モータの回生制動力をより積極的に活用する必要がある。モータの場合、応答特性は数ミリ秒（ｍｓｅｃ）単位と極めて速いため、適切に回生制動力を使用することができる。

図２は本発明の実施形態に係る車両制御のフローチャートである。
以下、図２を参照して、本発明の実施形態に係るインホイールモータを利用した車両制御方法について説明する。
本発明のインホイールモータを利用した車両制御方法を実現するためには、先ず操向角、ホイール速度、ヨーレート、および横加速度等のデータを演算（Ｓ１００）する。
操向角は、操向装置のセンサ値を利用して計算する。ここで、操向角とは、車両の回転量であって、正常な運行状態で運転手が目標とする方向にハンドルを切ったときのタイヤの切れ角を意味する。

ホイール速度、ヨーレート、および横加速度は、インホイールシステムによって演算してもよいが、ホイール速度は、インホイールモータ２０のレゾルバセンサ等の位置センサを利用して計算が可能である。
横加速度は、モータ制御機（ＭＣＵ）４０のトルク推定（ｔｏｒｑｕｅ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）機能を利用して求めてもよい。
また、モータ制御機（ＭＣＵ）４０は、ＤＣ入力端の電流または電圧センサによって入力電力を計算してもよく、左輪および右輪のトルクと出力トルクとの差を利用し、〔数１〕で横加速度を求めてもよい。

〔数１〕において、ωとｄθ／ｄｔは、右輪のホイール速度から左輪のホイール速度を引いたものであり、ω＝ω _ＲＨ− ω _ＬＨ 、θ＝θ _ＲＨ− θ _ＬＨ の関係があり、ｄ^２θ／ｄｔ^２は横加速度、Ｔ_ＲＨは右輪のトルク、Ｔ_ＬＨは左輪のトルクである。また、Ｊは慣性ファクタである。Ｔ_ＲＨ、Ｔ_ＬＨは、電気自動車のインバータで測定される。
また、ヨーレート（回転率）は、横加速度と車速（ホイール速）から演算される。すなわち、ヨーレートは、横加速度を車速で割った値として計算してもよい。

この後、測定された横加速度（Ｇ）と予め設定されて入力（Ｓ１１０）される横加速度限界値（Ａ_ｔｈ）を比較する（Ｓ１２０）。横加速度限界値（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖａｌｕｅ）は、操向角、ホイール速度などによってテーブル化されている値である。
Ｓ１２０段階において、横加速度が横加速度限界値（Ａ_ｔｈ）よりも大きければ、車両の横転危険があるため、車両横転防止制御（Ｒｏｌｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ：以下、ＲＳＣと略す）システムを適用（Ｓ１３０）する。ＲＳＣシステムは、トルクを低下させるシステムであって、横加速度限界値（Ａ_ｔｈ）と横加速度（Ｇ）の差によって予め設定されたトルク低減ファクタ（Ｔｏｒｑｕｅ Ｄｅｒａｔｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒ：ＤＲＳＣ）をインホイールモータのトルク指令値（Ｔｃｏｍｍａｎｄ）に掛けてトルクをダウンさせることにより、車両で発生するローリング（Ｒｏｌｌｉｎｇ）現象を減少させる（Ｓ１４０）。

上記において、横加速度（Ｇ）が横加速度限界値（Ａ_ｔｈ）よりも小さいか、または、ＲＳＣシステムによってトルクが低下すれば、要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）と実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）の差と予め設定されたヨーレートコントロール基準値（△Ｙ）を比較する（Ｓ１５０）。
要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）は、運転手が要求するヨーレートであって、操向角とホイール速度に基づいてテーブル化されている値である。また、実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）は、車両で測定されたヨーレートである。

Ｓ１５０段階において、要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）と実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）の差が予め設定されたヨーレートコントロール基準値（△Ｙ）よりも大きければ、ヨーコントロール（Ｓ１６０）を実行する。
ヨーコントロール中に要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）と実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）を比較（Ｓ１７０）し、要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）が実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）よりも大きければ、アンダーステア（ｕｎｄｅｒｓｔｅｅｒ）として判断（Ｓ１８５）し、内輪の駆動力（Ｔ_ｉｎ）から内輪の制動トルク（ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ）値を減らし、運転手が意図としたヨーレートとなるように修正された内輪のフィードフォワードトルク（Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｔｏｒｑｕｅ：Ｔ_ｂｉｎ）を発生（Ｓ１９５）させる。一方、要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）が実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）よりも小さければ、オーバーステア（ｏｖｅｒｓｔｅｅｒ）として判断（Ｓ１８０）し、外輪の駆動力（Ｔ_ｏｕｔ）から外輪の制動トルク値を減らし、外輪のフィードフォワードトルク（Ｔ_ｂｏｕｔ）を発生（Ｓ１９０）させる。

内輪または外輪のフィードフォワードトルク（Ｔ_ｂｉｎ、Ｔ_ｂｏｕｔ）は最終トルク値としてもよく、Ｓ１２０段階およびＳ１５０段階において、横加速度（Ｇ）が横加速度限界値（Ａ_ｔｈ）よりも小さく、かつ、要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）と実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）の差がヨーレートコントロール基準値（△Ｙ）よりも小さければ、最初のトルク指令値が最終トルク値としてもよい（Ｓ２００）。
また、Ｓ１４０段階において、トルクを低下させた場合、要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）と実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）の差がヨーレートコントロール基準値（△Ｙ）よりも小さければ、低下したトルク値が最終トルク値としてもよい（Ｓ２００）。

Ｓ１５０段階において、要求ヨーレート（Ｙ_ｄｒ）と実測ヨーレート（Ｙ_ｖｅｈ）の差がヨーレートコントロールが必要ない状態におけるトルクであって、内輪または外輪の最終トルク値を発生させる（Ｓ２００）。
すなわち、ヨーイング（ｙａｗｉｎｇ）を制御するためにヨーレートコントロールが必要な場合であれば、内輪または外輪のフィードフォワードトルク（Ｔ_ｂｉｎ、Ｔ_ｂｏｕｔ）が最終トルクとなるが、別途のヨーレートコントロールが必要ない場合であれば、Ｓ１４０段階における低下したトルク値または最初のトルク指令値が内輪と外輪の最終トルク値となる。
最終トルク値によって車両を制御すれば、車両の回転を終了（Ｓ２１０）させ、車両の安定した走行を維持する。

以上、本発明に関する好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって解釈されなければならない。また、この技術分野で通常の知識を習得した者なら、本発明の技術的範囲内で多くの修正と変形ができることはいうまでもない。

１０：ホイール
２０：モータ
３０：アクセル
４０：モータ制御機（ＭＣＵ）
５０：上位制御機（ＶＣＵ）
６０：バッテリ
６５：バッテリ制御機（ＢＭＳ）
７０：電力分配ユニット（ＰＤＵ）
Ａ_ｔｈ：横加速度限界値
ＥＳＣ：車体安定性制御装置
Ｇ：横加速度
ＲＳＣ：車両横転防止制御
Ｔ_ｂｉｎ：内輪のフィードフォワードトルク
Ｔ_ｂｏｕｔ：外輪のフィードフォワードトルク
Ｔ_ｉｎ：内輪の駆動力
Ｔ_ｏｕｔ：外輪の駆動力
△Ｙ：ヨーレートコントロール基準値

Claims (4)

1. 操向角、ホイール速度、横加速度、ヨーレートを演算する段階、
   前記横加速度と予め設定された横加速度限界値を比較する段階、
   前記操向角、前記ホイール速度に基づいた運転手が要求する要求ヨーレートとインホイールモータによってホイールが駆動される車両の実測ヨーレートの差を予め設定されたヨーレートコントロール基準値と比較する段階、
   前記要求ヨーレートと前記実測ヨーレートの差が前記ヨーレートコントロール基準値よりも大きい場合には、前記要求ヨーレートと前記実測ヨーレートを比較する段階、
   前記要求ヨーレートと前記実測ヨーレートの差によって最終トルク値を発生させる段階、
   を含む車両制御方法であって、
   前記横加速度と予め設定された横加速度限界値を比較する段階において、
   前記横加速度が横加速度限界値よりも大きければ、トルク指令値によってインホイールモータのトルクをダウンさせ、
   前記横加速度が横加速度限界値よりも小さいか、または、インホイールモータのトルクが低下すれば、前記要求ヨーレートと前記実測ヨーレートの差を予め設定されたヨーレートコントロール基準値と比較する段階を行い、
   前記要求ヨーレートと実測ヨーレートの差がヨーレートコントロール基準値よりも小さければ、低下したトルク値または前記トルク指令値を内輪または外輪の最終トルク値とし、
   前記要求ヨーレートと実測ヨーレートの差が予め設定されたヨーレートコントロール基準値よりも大きければ、前記要求ヨーレートと実測ヨーレートを比較し、
   前記要求ヨーレートが実測ヨーレートよりも大きければ、アンダーステア（ｕｎｄｅｒｓｔｅｅｒ）として判断し、内輪の駆動力から内輪の制動トルク（ｂｒａｋｉｎｇ ｔｏｒｑｕｅ）値を減らし、運転手が意図としたヨーレートとなるように修正された内輪のフィードフォワードトルク（Ｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｔｏｒｑｕｅ）を発生させ、
   前記要求ヨーレートが実測ヨーレートよりも小さければ、オーバーステア（ｏｖｅｒｓｔｅｅｒ）として判断し、外輪の駆動力から外輪の制動トルク値を減らし、外輪のフィードフォワードトルクを発生させ、
   前記内輪または外輪のフィードフォワードトルクを最終トルクとし、
   前記ホイール速度は、インホイールモータの位置センサを利用して演算され、
   前記横加速度は、右輪のトルクと左輪のトルクとの差と車両速度である前記ホイール速度との関係によって演算され、
   前記ヨーレートは、前記横加速度と前記車両速度との関係によって演算されることを特徴とするインホイールモータを利用した車両制御方法。
   
2. 前記横加速度が予め設定された前記横加速度限界値よりも大きい場合には、横転防止制御システムを作動させてインホイールモータをトルク低下させることを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータを利用した車両制御方法。
   
3. 前記トルク低下は、前記横加速度と前記横加速度限界値の差によって予め設定されたトルク低減ファクタに基づいてなされることを特徴とする請求項２に記載のインホイールモータを利用した車両制御方法。
   
4. 前記操向角は、操向装置のセンサ値を利用して演算されることを特徴とする請求項１に記載のインホイールモータを利用した車両制御方法。
   

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