JP7445459B2

JP7445459B2 - 電動車両の制御装置

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Publication number: JP7445459B2
Application number: JP2020034562A
Authority: JP
Inventors: 智寛大黒
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2024-03-07
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: US20210268915A1; JP2021141628A; US11890948B2; CN113335073A

Description

本発明は、電動車両の制御装置に関する。

近年、左右独立の走行モータを有する電動車両が開発されている。特許文献１には、このような電動車両において、旋回時にスリップが発生した場合の走行モータの出力制御について示されている。

特開２００７－４９８２５号公報

スリップが発生することが予想される場合、スリップが発生してからトルクを抑制するよりも、スリップの発生前にトルクを抑制した方が、車両の良好な操縦性が得られる。従来、摩擦抵抗の低い路面において、旋回走行から直線走行へ切り替わる際に、内輪側の駆動輪にスリップが発生し、車両の操縦性が低下することがあった。

本発明は、左右独立の走行モータを有する電動車両において旋回走行から直線走行へ切り替わる際に、車両の操縦性が低下することを抑制できる電動車両の制御装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
操舵部と、アクセル操作部と、左右の駆動輪の動力をそれぞれ出力する左走行モータ及び右走行モータと、を有する電動車両に搭載される電動車両の制御装置であって、
前記アクセル操作部の操作に応じた要求トルクを計算する要求トルク計算部と、
前記要求トルクに追従する左右の指示トルクを計算する指示トルク計算部と、
前記左右の指示トルクの各上限変化レートを調整する変化レート調整部と、
計算された前記左右の指示トルクが前記左走行モータと前記右走行モータからそれぞれ出力されるように、前記左走行モータ及び前記右走行モータを制御する駆動制御部と、
を備え、
前記変化レート調整部は、前記操舵部による所定の舵角戻し操作に基づいて、舵角の戻し前に内輪側だった方の前記上限変化レートを、舵角の戻し前に外輪側だった方の前記上限変化レートよりも小さくする。

請求項２記載の発明は、
前記左右の駆動輪の荷重をそれぞれ検出する荷重センサを更に有する電動車両に搭載される請求項１記載の電動車両の制御装置であって、
前記変化レート調整部は、前記操舵部による所定の舵角戻し操作に基づき、舵角の戻し前に内輪側だった前記駆動輪の荷重が荷重閾値以下の場合に、舵角の戻し前に内輪側だった方の前記上限変化レートを、舵角の戻し前に外輪側だった方の前記上限変化レートよりも小さくすることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の電動車両の制御装置において、
前記指示トルク計算部は、更に、前記左右の駆動輪の空転の検出に基づき左右の指示トルクを抑制することを特徴とする。

本発明によれば、旋回走行から直線走行に切り替わる際などに、変化レート調整部が、所定の舵角戻し操作に基づいて、内輪側だった方の上限変化レートを、外輪側だった方の上限変化レートよりも小さくする。したがって、舵角の戻し操作の最中又はその後に、内輪側だった方の駆動輪の荷重が低いまま、この駆動輪の指示トルクが大きな値となって、スリップが発生してしまうといった事態を抑制できる。しだって、旋回走行から直線走行に切り替わる際などに、電動車両の操縦性が低下することを抑制できる。

本発明の実施形態に係る電動車両を示すブロック図である。実施形態に係る電動車両が旋回走行から直線走行に切り替わる際の動作例を示すタイミングチャートである。比較例の電動車両が旋回走行から直線走行に切り替わる際の動作例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る電動車両を示すブロック図である。

本実施形態の電動車両１は、ＥＶ（Electric Vehicle）、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle）等であり、左右の駆動輪２ａ、２ａと、左右の駆動輪２ａ、２ａへ互いに独立した動力を出力する左右の走行モータ２２、２２と、走行モータ２２、２２をそれぞれ駆動するインバータ２１、２１と、電動車両１の走行制御を行う制御装置３０とを備える。電動車両１は、さらに、アクセルペダル１１、ブレーキペダル１２及び操舵ハンドル１３を含んだ運転操作部１０と、左右の駆動輪２ａ、２ａの各車輪速を検出する車輪速センサ２６、２６と、左右の駆動輪２ａ、２ａの各荷重を検出する荷重センサ２４、２４とを備える。左右の車輪速センサ２６、２６の各検出結果は制御装置３０へ送られる。左右の荷重センサ２４の各検出結果は荷重センサ受信部２４ｂを介して制御装置３０へ送られる。アクセルペダル１１は本発明に係るアクセル操作部の一例に相当する。操舵ハンドル１３は本発明に係る操舵部の一例に相当する。

荷重センサ２４は、駆動輪２ａのタイヤ内面に取り付けられ、走行中にタイヤに発生する歪みを計測することで、駆動輪２ａに加わっている荷重を推定する。

制御装置３０は、１つのＥＣＵ（Electronic Control Unit）、又は、複数のＥＣＵから構成される。複数のＥＣＵから構成される場合、複数のＥＣＵは互いに通信を行って連携して動作する。制御装置３０は、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）と、計算処理を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）とを含む。ＣＰＵは、制御プログラムを実行することで、複数の機能モジュールを実現する。複数の機能モジュールには、運転操作部１０から送られる操作信号に基づいて要求トルクを計算する要求トルク計算部３１と、急激なトルクの変化を抑制しつつ要求トルクに追従する左右の指示トルクを計算する指示トルク計算部３２と、計算された左右の指示トルクが左右の走行モータ２２、２２からそれぞれ出力されるようにインバータ２１を制御する駆動制御部３５と、が含まれる。

要求トルク計算部３１は、例えばアクセルペダル１１又はブレーキペダル１２の操作量に応じた要求トルクを算出する。運転者が急激な操作を行うと、要求トルクは急激に変化する。

指示トルク計算部３２は、駆動輪２ａ、２ａに空転が生じない通常時、上限変化レートを超えない変化レートで、要求トルクに追従する指示トルクを計算する。加えて、指示トルク計算部３２は、左右の指示トルクの合計が要求トルクに追従するように、左右の指示トルクを計算する。左右の指示トルクの分配比率は、標準では１：１であるが、所定条件に基づき分配比率が変更されてもよい。上限変化レートを超えないように指示トルクが計算されることで、アクセルペダル１１が急激に操作されても、駆動輪２ａ、２ａの出力トルクを緩やかに変更できる。

さらに、指示トルク計算部３２は、駆動輪２ａ、２ａに空転が生じた場合に、駆動輪２ａ、２ａのスリップ率が所定値以下になるように、要求トルクに関係なく、駆動輪２ａ、２ａの出力トルクを抑制するトラクション制御の機能を有する。指示トルク計算部３２は、駆動輪２ａ、２ａの車輪速センサ２６、２６の出力等を用いて、駆動輪２ａ、２ａの空転を検出できる。

さらに、指示トルク計算部３２は、所定の条件に基づいて、左右の上限変化レートを調整する変化レート調整部３３を含む。左の上限変化レートとは左の走行モータ２２が左の駆動輪２ａに出力するトルクの変化レートの上限を意味し、右の上限変化レートとは右の走行モータ２２が右の駆動輪２ａに出力するトルクの変化レートの上限を意味する。上限変化レートの調整は、トルクの時間変化率自体を上限変化レートに制限することで実現されてもよいし、例えば一次遅れフィルタを用いて要求トルクに追従する指示トルクを計算する場合には、一次遅れフィルタの時定数を調整することで実現されてもよい。

変化レート調整部３３は、操舵ハンドル１３による所定の舵角戻し操作があり、かつ、左右の駆動輪２ａ、２ａに加わる荷重が所定条件を満たしている場合に、舵角の戻し前に内輪であった方の上限変化レートを、舵角の戻し前に外輪であった方の上限変化レートよりも、小さくする。あるいは、舵角の戻し前に内輪であった方の上限変化レートを、直線走行時の標準の上限変化レートよりも低下させる。

上記所定の舵角戻し操作とは、例えば図２の舵角θの欄に示すように、舵角の絶対値｜θ｜が、舵角閾値θｔｈ１以上にあるときに、舵角を戻す速度｜Δθ｜が舵角変化率閾値Δθｔｈ以上となった場合などに相当する。舵角閾値θｔｈ１及び舵角変化率閾値Δθｔｈは正の値とする。舵角閾値θｔｈ１、並びに、舵角変化率閾値Δθｔｈは、車速、路面状況などのスリップの発生しやすさを表わすパラメータに応じて変化する値であってもよい。

荷重についての上記所定条件とは、例えば図２のタイヤ荷重Ｐｌ，Ｐｒの欄に示すように、駆動輪２ａ、２ａのうち、舵角の戻し前に内輪であった方の駆動輪２ａの荷重が、閾値荷重Ｐｔｈ１以下である場合などに相当する。閾値荷重Ｐｔｈ１は、例えば車速、路面状況などスリップの発生しやすさを表わすパラメータに応じて変化する値であってもよい。

＜動作例＞
図２は、実施形態に係る電動車両が旋回走行から直線走行に切り替わる際の動作例を示すタイミングチャートである。図２においてモータトルクの欄に示される左トルク及び右トルクのラインは、左右の指示トルクを表わすラインでもある。駆動制御部３５はモータトルクが指示トルクに一致するように左右の走行モータ２２を駆動するためである。

電動車両１の荷重中心は、制動時又は加速時において前後に移動し、旋回時において左右に移動する。内輪側の駆動輪２ａの荷重が低下しているとき、舵角を急速に戻した場合、サスペンションの作用により、内輪側の駆動輪２ａの荷重の低下が短い時間継続することがある。

図２の動作例は、路面の摩擦係数（路面μ）が低い状況で、旋回走行から直線走行に急速に移行するときの動作を示す。図２の期間Ｔ１では、要求トルクに対して旋回走行の舵角及び車速が大きく、図２に示す時間よりも前に駆動輪２ａ、２ａに空転が生じたことで、トラクション制御が実行されている。トラクション制御により、左右の指示トルクは低く抑えられ、左右の指示トルクを加算した値よりも要求トルクが大きくなっている。

旋回区間から直線区間へ移行する際、運転者が一定以上の舵角から操舵ハンドル１３を急速に戻すと、その戻し始めのタイミングｔ１において、舵角｜θ｜が舵角閾値θｔｈ１以上にあり、かつ、舵角θを戻す速度｜Δθ｜が舵角変化率閾値Δθｔｈ以上となる状況が生じる。変化レート調整部３３は、このような状況が生じないか判別処理を繰り返しており、このような状況を検出すると、次に、荷重センサ２４の値を読み込み、内輪側の駆動輪２ａの荷重（左タイヤ荷重Ｐｌ）が、閾値荷重Ｐｔｈ１以下でないか判別する。そして、判別結果がＹＥＳであると、変化レート調整部３３は、内輪側の上限変化レートを通常の上限変化レートより低い値にする。すなわち、外輪側の上限変化レートが通常の値であるまま、内輪側の上限変化レートが外輪側の上限変化レートよりも低くされる。

トラクション制御の期間Ｔ１の終段、舵角θの戻し始めの段階で、駆動輪２ａ、２ａのスリップ率が所定値以下となり、トラクション制御が終了する。すると、指示トルク計算部３２は、左右の指示トルクを左右の要求トルクに追従するように計算を開始する。図２の動作例では、トラクション制御の終了時、左右の指示トルクは、要求トルクに対して低く抑えられている。したがって、トラクション制御が終了した直後の期間Ｔ２、Ｔ３において、指示トルク計算部３２は、変化レート調整部３３が定めた上限変化レートに近い変化レートで左右の指示トルクを上昇する。ここで、右の上限変化レートは通常値であるが、左の上限変化レートは低い値に設定されている。したがって、図２の期間Ｔ２、Ｔ３に示すように、右の指示トルクは比較的急に上昇するが、左の指示トルクは緩やかに上昇する。そして、比較的に長い時間をかけて、左右の指示トルクの合計が要求トルクにほぼ一致する。

舵角θを急速に戻す操作の前後期間Ｔ４には、操舵を戻す前に内輪側だった駆動輪２ａの荷重が低く維持されていることがある。荷重が低いときに駆動輪２ａに大きなトルクが加わると、駆動輪２ａがスリップしてしまう。しかし、本実施形態では、期間Ｔ４に、内輪側の駆動輪２ａの指示トルクは緩やかに上昇し、急速に大きくならない。したがって、内輪側の駆動輪２ａの荷重が低く維持されていても、内輪側の駆動輪２ａがスリップしてしまうことが抑制される。

変化レート調整部３３は、タイミングｔ１で内輪側の上限変化レートを低くした後、所定時間の経過、或いは、左右の指示トルクの差が閾値以内に近づいた場合などの、適宜な条件に基づいて、内輪側の上限変化レートを通常値に戻す。

＜比較例＞
図３は、比較例の電動車両が旋回走行から直線走行に切り替わる際の動作例を示すタイミングチャートである。比較例の電動車両は、本実施形態の変化レート調整部３３の機能を有さない。図３の動作例は、図２の動作例と同様の運転操作を行った場合を示している。

図３に示すように、舵角θを戻して、旋回区間から直線区間へ移行する際（期間Ｔ１１）、旋回区間で発生していたトラクション制御が終了し、指示トルク計算部が要求トルクに追従するように左右の指示トルクを上昇させる。このとき、比較例では、左右の上限変化レートが通常値である。したがって、舵角θを戻したのに、内輪側の駆動輪２ａの荷重が低く維持されてしまう期間Ｔ１２が生じた場合、この期間Ｔ１２に指示トルクが比較的急速に増大する場合がある。荷重が低く維持された内輪側の駆動輪２ａに大きなトルクが出力されると、駆動輪２ａのスリップＳＬが生じてしまう。スリップＳＬが生じると、その後、トラクション制御が実行されて、内輪だった側の駆動輪２ａのトルクに短い期間の大小の変動Ｄ１が生じる。このような変動Ｄ１により、電動車両の操縦性が低下してしまう。

一方、本実施形態の電動車両１では、上記のようなスリップＳＬの発生が抑制され、旋回区間から直線区間へ移行する際の電動車両１の操縦性の低下が抑制される。

なお、図２及び図３の動作例では、旋回走行時にトラクション制御が発生している場合の動作を示し、この動作において、比較例に対する本実施形態の優位性を示した。しかし、トラクション制御が生じていない旋回走行から直進走行に切り替わる際においても、アクセルペダル１１の踏み込み量を比較的急速に増した場合に、比較例に対する本実施形態の優位性が同様に得られる。すなわち、上記のように直進走行に切り替わる際にアクセルペダル１１の踏み込み量を急速に増すと、比較例の電動車両では、内輪だった側の駆動輪の荷重が低く維持される期間に、指示トルクが大きくなって上記のスリップＳＬと同様の挙動が生じやすい。一方、実施形態の電動車両１では、内輪だった側の駆動輪２ａの荷重が低く維持される期間に、この駆動輪２ａの指示トルクが緩やかに大きくなるので、上記のスリップＳＬが生じにくい。したがって、本実施形態の電動車両１は、上記のような運転操作時にも、電動車両１の操縦性が低下することを抑制できる。

また、上記実施形態では、指示トルク計算部３２は、舵角を急速に戻す操作に基づいて、内輪側の駆動輪２ａの荷重が閾値荷重Ｐｔｈ１以下であるか否かを判別し、この判別の結果に基づき、内輪側の上限変化レートを低くしていた。しかし、例えば、ある車速以上のときに舵角を急速に戻す操作がされた場合、内輪側の駆動輪２ａの荷重の低下がどのくらい維持されるか推測可能である。したがって、内輪側の駆動輪２ａの荷重と閾値荷重Ｐｔｈ１との比較処理を省略し、変化レート調整部３３は、所定の車速以上のときに舵角を急速に戻された場合に、常に、内輪側の上限変化レートを低くするようにしてもよい。このような構成においても、前述した旋回走行から直進走行に切り替わる際の作用が同様に奏される。

以上のように、本実施形態の電動車両１によれば、変化レート調整部３３が、操舵ハンドル１３により所定の舵角戻し操作がなされた際に、内輪側だった方の上限変化レートを、外輪側だった方の上限変化レートよりも小さくする。したがって、急速な舵角の戻しにより、内輪側だった駆動輪２ａの荷重がしばらく低下してしまうことがあるが、その際に、要求トルクが大きくなっても、内輪側だった駆動輪２ａの指示トルクが緩やかに大きくなる。よって、荷重が抜けた駆動輪２ａがスリップしてしまうことを抑制でき、電動車両１の操縦性が低下することを抑制できる。

さらに、本実施形態の電動車両１によれば、変化レート調整部３３が、操舵ハンドル１３により所定の急速さ以上で舵角が戻されたことに基づき、内輪側だった駆動輪２ａの荷重を確認する。そして、荷重が閾値荷重Ｐｔｈ１以下である場合に、変化レート調整部３３は、上限変化レートの調整を行う。したがって、荷重が低いため調整しないとスリップに至る恐れが高い場合にのみ、上限変化レートの調整を行って、スリップの発生を抑制しつつ、荷重が回復しておりスリップに至る恐れが低い場合には、上限変化レートの調整を省略して、速やかにトルクを回復するような制御を実現できる。

さらに、本実施形態の電動車両１によれば、指示トルク計算部３２は、駆動輪２ａの空転の検出に基づき、要求トルクに関係なく指示トルクを抑制するトラクション制御の機能を有している。図２及び図３の動作例で示したように、トラクション制御の機能を有していると、旋回走行から直進走行へ移行する際に、トラクション制御により要求トルクと指示トルクとが乖離することがあり、直線走行へ移行してトラクション制御が終了した後に、図３に示したようなスリップＳＬが生じやすい。本実施形態では、このようなスリップＳＬを抑制できるので、トラクション制御の機能を有する電動車両１に特に有効である。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、運転者が操舵とアクセル操作とを行ったときの電動車両１の動作例を示したが、電動車両の操舵とアクセル操作は例えば自動運転装置が行ってもよい。この場合、操舵部とアクセル操作部の形態はハンドルとペダルの形態に限られない。また、上記実施形態では、独立駆動される左右２つの駆動輪を有する電動車両について説明したが、本発明に係る電動車両は、前後左右４つの駆動輪が独立駆動される電動車両であってもよい。この場合、前輪の左右２つの駆動輪についての指示トルクの計算処理と、後輪の左右２つの駆動輪についての指示トルクの計算処理との両方で、上限変化レートの調整が行われるように構成されてもよい。また、上記実施形態では、荷重センサとして、タイヤの内面に取り付けられるセンサを示したが、その他、駆動輪のサスペンションの歪み量から各駆動輪の荷重を計測する構成など、荷重の計測方法は特に制限されない。また、上記実施形態では、トルクを計算対象として説明したが、トルクは駆動力と読み替えてもよい。駆動力とトルクとは所定の関係を有するため、駆動力を計算対象とした構成は、トルクを計算対象とした構成と等価と見なせる。その他、実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１電動車両
２ａ、２ａ左右の駆動輪
１０運転操作部
１１アクセルペダル
１２ブレーキペダル
１３操舵ハンドル
２１インバータ
２２、２２左右の走行モータ
２４荷重センサ
２６車輪速センサ
３０制御装置
３１要求トルク計算部
３２指示トルク計算部
３３変化レート調整部
３５駆動制御部
ＳＬスリップ

Claims

操舵部と、アクセル操作部と、左右の駆動輪の動力をそれぞれ出力する左走行モータ及び右走行モータと、を有する電動車両に搭載される電動車両の制御装置であって、
前記アクセル操作部の操作に応じた要求トルクを計算する要求トルク計算部と、
前記要求トルクに追従する左右の指示トルクを計算する指示トルク計算部と、
前記左右の指示トルクの各上限変化レートを調整する変化レート調整部と、
計算された前記左右の指示トルクが前記左走行モータと前記右走行モータからそれぞれ出力されるように、前記左走行モータ及び前記右走行モータを制御する駆動制御部と、
を備え、
前記変化レート調整部は、前記操舵部による所定の舵角戻し操作に基づいて、舵角の戻し前に内輪側だった方の前記上限変化レートを、舵角の戻し前に外輪側だった方の前記上限変化レートよりも小さくすることを特徴とする電動車両の制御装置。
前記左右の駆動輪の荷重をそれぞれ検出する荷重センサを更に有する電動車両に搭載される請求項１記載の電動車両の制御装置であって、
前記変化レート調整部は、前記操舵部による所定の舵角戻し操作に基づき、舵角の戻し前に内輪側だった前記駆動輪の荷重が荷重閾値以下の場合に、舵角の戻し前に内輪側だった方の前記上限変化レートを、舵角の戻し前に外輪側だった方の前記上限変化レートよりも小さくすることを特徴とする電動車両の制御装置。
前記指示トルク計算部は、更に、前記左右の駆動輪の空転の検出に基づき左右の指示トルクを抑制することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動車両の制御装置。