JP2018129890A - 車両の出力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スリップし易い路面等においてもドライバーによる車輪のスリップコントロールを可能にする車両の出力制御装置を提供する。【解決手段】車両の出力制御装置は、少なくともアクセルペダルの踏込量Ａから要求トルクТｒｅｑを導出する要求トルク導出部２２と、推定車両速度ＢＶと車輪速度ωとから車輪のスリップ率Ｓを演算するスリップ率演算部２３と、要求トルク導出部で導出された要求トルクと路面反力トルクТｌとから、推定スリップ速度αを算出する推定スリップ速度算出部２４と、少なくとも路面反力トルクとスリップ率演算部で算出されたスリップ率との２つから目標スリップ速度αｔｇｔを求める目標スリップ速度算出部２５と、推定スリップ速度と目標スリップ速度とから目標減衰制御量ΔＴを求める目標制御量算出部２６とを備え、目標減衰制御量と要求トルクとから求められる走行トルクＴｏｕｔとなる様、電動機２の回転トルクを制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の出力制御装置に関する。

電動機であるモータで走行する電動車は，一般的にエンジン車に比べて駆動軸の慣性が小さいという特徴がある。これは、エンジンの回転慣性に対し、モータの回転慣性が小さいためであるが、駆動軸慣性が小さいことで、トルクに対するレスポンスが良いというメリットがある一方で、発進時の微小ショックや車輪スリップ時のアクセルコントロールが難しい。
そこで、車輪がスリップした場合には、駆動側の出力を制御して車輪がグリップするように制御する出力制御装置が知られている（例えば特許文献１）。

特開２００４−３２０８５２号公報

従来の構成では、車輪がスリップした後に出力制御を行っているが、この出力制御はトラクション確保を目的としてトルクを大きく抑制する制御であり、スリップしやすい路面等でのドライバーによる車輪のスリップコントロールをアシストすることは出来ない。
本発明は、スリップしやすい路面等においてもドライバーによる車輪のスリップコントロールを可能にすることを、その目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る電動機の回転が車輪に伝達されることで走行する車両の出力制御装置は、少なくともアクセルペダルの踏込量からドライバーの要求トルクを導出する要求トルク導出部と、推定車両速度と車輪速度から車輪のスリップ率を演算するスリップ率演算部と、要求トルク導出部で導出された要求トルクと路面反力トルクとから車輪の推定スリップ速度を算出する推定スリップ速度算出部と、少なくとも路面反力トルクとスリップ率演算部で算出されたスリップ率との２つから目標スリップ速度を求める目標スリップ速度算出部と、推定スリップ速度と目標スリップ速度とから目標減衰制御量を求める目標制御量算出部とを備え、目標制御量算出部で求められた目標減衰制御量と要求トルク導出部で求められた要求トルクとから求められる走行トルクとなるように、電動機の回転トルクを制御することを特徴としている。

本発明によれば、スリップしやすい路面等においてもドライバーによる車輪のスリップコントロールを可能にすることができる。

本発明に係る出力制御装置を備えた車両の概略構成図。 本発明に係る出力制御装置の一実施形態の構成を説明するブロック図。 出力制御装置による制御の一形態を説明するフローチャート。 本実施形態で行われる出力制御の内容を模式的に示した図。 （ａ）〜（ｃ）は、車両の駆動形式の形態を説明する図。 本発明に係る出力制御装置の変形例１の構成を説明するブロック図。 本発明に係る出力制御装置の変形例２の構成を説明するブロック図。

以下、本発明の実施形態と変形例について図面を用いて説明する。発明を実施するための形態において、同一部材や同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、重複説明は省略する。図面は、一部構成の理解を助けるために部分的に省略する場合もある。
図１において、符号１で示す車両は、電動機であるモータ２からの出力トルク（出力回転）を、変速機３、リアアクスル４を介して駆動輪となる後輪５に伝達されることで走行する電動車両の一例である。モータ２で駆動する車輪は後輪５ではなく、ステアリング７の操作によって操作される前輪８、８であってもよい。モータ２には電源となるバッテリー６からの電力が出力制御装置としてのコントローラ２０、図示しないインバータなどを介して供給される。

車両１には、前輪８及び後輪５の各車輪の車輪速度ωを検知してそれぞれ出力する車輪速度検知手段としての車輪速センサ１１が各車輪の近傍に配置されている。車両１には、モータ２の出力を調整するアクセルペダル９の踏込量Ａを検知して出力するアクセルペダルセンサ１２が設けられている。車両１には、ステアリング７の回転角である操舵角θを検知して出力する操舵角検知手段としての操舵角センサ１３が設けられている。車両１には、前後加速度及びヨーレートを検知して加速度と旋回情報等の車体情報Ｇを出力する車両状態検知手段としてのＧセンサ１４が設けられている。これら車輪速センサ１１、アクセルペダルセンサ１２、操舵角センサ１３及びＧセンサ１４は、信号線を介してコントローラ２０に接続されている。

車両１には、モータ２の出力を制御する出力制御装置が搭載されている。本実施形態において、出力制御装置はコントローラ２０である。コントローラ２０は、図２に示すように、推定車両速度導出部２１、要求トルク導出部２２、スリップ率演算部２３、推定スリップ速度算出部２４、目標スリップ速度算出部２５、目標制御量算出部２６、走行トルク算出部２７を備えている。
コントローラ２０は、中央演算部であるＣＰＵ、記憶部であるＲＯＭとＲＡＭ、及び計測部であるタイマーなどを備えたコンピュータで構成されている。推定車両速度導出部２１、要求トルク導出部２２、スリップ率演算部２３、推定スリップ速度算出部２４、目標スリップ速度算出部２５、目標制御量算出部２６、走行トルク算出部２７は、コントローラ２０に、その機能が割り振られている。ここでは、１つのコントローラ２０に全ての機能を持たせているが、機能毎に個別にコンピュータやＩＣ回路を設けて、出力制御装置を構成してもよい。

推定車両速度導出部２１には、車輪速度ωなどから車体１の移動速度を推定し、推定車両速度ＢＶを算出して出力する機能を備えている。推定車両速度導出部２１で推定車両速度ＢＶを算出することを推定車両速度算出処理と称す。
要求トルク導出部２２は、アクセルペダルセンサ１２からの踏込量Ａなどからドライバーが求めている要求トルクＴ_ｒｅｑを求めて出力する機能を備えている。要求トルク導出部２２で要求トルクＴ_ｒｅｑを求めることを要求トルク導出処理と称す。
スリップ率演算部２３は、車輪速度ωと推定車両速度ＢＶから車輪である前輪８又は後輪５のスリップ率Ｓを演算して出力する機能を備えている。例えば、スリップ率演算部２３は、次の式１によって算出される。
（車輪速度ω−推定車両速度ＢＶ）／推定車両速度ＢＶ・・（式１）
なお、ここでの車輪速度ωは、１つの駆動源が駆動する車輪の平均速度とする。つまり、本実施形態では後輪５、５が１つの駆動源となるモータ２によって回転駆動される２輪駆動方式のため、後輪５、５の車輪速度の平均値を車輪速度ωとする。スリップ率演算部２３でスリップ率Ｓを求めることをスリップ率演算処理と称す。

推定スリップ速度算出部２４は、要求トルクＴ_ｒｅｑと路面反力トルクＴｌ（推定値）とから車輪である前輪８と後輪５の推定スリップ速度αを算出して出力する機能を備えている。推定スリップ速度αは車輪加速度である。推定スリップ速度算出部２４は、次の式２によって推定スリップ速度αを算出する。
α＝（Ｔ_ｒｅｑ−Ｔｌ）／Ｉ・・・（式２）
Ｉ：駆動系イナーシャ
ω：車輪速度
Ｔ_ｒｅｑ：ドライバーの要求トルク
Ｔｌ：路面反力トルク
推定スリップ速度算出部２４で推定スリップ速度αを算出することを推定スリップ速度算出処理と称す。

目標スリップ速度算出部２５は、路面反力トルクＴｌとスリップ率演算部２３からのスリップ率Ｓとから目標スリップ速度α_ｔｇｔを求めて出力する機能を備えている。目標スリップ速度α_ｔｇｔは車輪加速度である。目標スリップ速度算出部２５は、例えば目標駆動系イナーシャから求める次の式３によって目標スリップ速度α_ｔｇｔを算出する。
α_ｔｇｔ＝（Ｔ_ｒｅｑ−Ｔｌ）／Ｉ_ｔｇｔ・・・（式３）
Ｉ_ｔｇｔ：目標駆動系イナーシャ
Ｔ_ｒｅｑ：ドライバーの要求トルク
Ｔｌ：路面反力トルク
目標スリップ速度算出部２５で目標スリップ速度α_ｔｇｔを算出することを目標スリップ率算出処理と称す。

目標制御量算出部２６は、推定スリップ速度αと目標スリップ速度α_ｔｇｔとから目標減衰制御量ΔＴを求めて出力する機能を備えている。目標制御量算出部２６は、次の式４によって目標減衰制御量ΔＴを算出する。目標制御量算出部２６で目標減衰制御量ΔＴを算出することを、目標制御量算出処理と称す。
ΔＴ＝（α−α_ｔｇｔ）＊Ｉ／Ｔｌ・・・（式４）

走行トルク算出部２７は、目標制御量算出部２６で求められた目標制御量ΔＴと要求トルク導出部２２で求められた要求トルクＴ_ｒｅｑとから求められる走行トルクＴ_ｏｕｔを求め、当該走行トルクとなるようにモータ２の回転トルクを制御する機能を備えている。走行トルク算出部２７は、次の式５によって走行トルクＴ_ｏｕｔを算出する。
Ｔ_ｏｕｔ＝（Ｔ_ｒｅｑ−ΔＴ）・・・（式５）
走行トルク算出部２７で走行トルクＴ_ｏｕｔを算出することを走行トルク算出処理と称す。
つまり、本実施形態では、車輪（駆動輪）である後輪５がスリップした際のスリップ速度（車輪加速度）をドライバーがコントロールし易くするために、何れかの車輪がスリップした際に、目標減衰制御量ΔＴを要求トルクＴ_ｒｅｑから差し引き、モータ２で発生する走行トルクＴ_ｏｕｔを抑制することで、アクセルペタルの感度を鈍くするように制御する。

図１に示すように、コントローラ２０は、スリップ率演算部２３で算出したスリップ率Ｓと予め例えばＲＯＭに設定した閾値Ｓ１とから出力制御を行うか否かを判定するスリップ判定部３０を備えている。コントローラ２０は、スリップ判定部３０で出力制御を行うと判定した場合、少なくとも推定スリップ速度算出処理、目標スリップ率算出処理、目標制御量算出処理及び走行トルク算出処理を実行してモータ２の走行トルクを抑制する。なお式（１）〜式（７）はコントローラ２０のＲＯＭに予め記憶されているものとする。

図３は、コントローラ２０で実行される制御処理の一形態を説明するフローチャートを示す。
コントローラ２０は、ステップＳＴ１において、車両１の各種情報を取得する情報取得処理を行なう。ここでは、例えば車輪速度ωや車体情報Ｇを取得し、ステップＳＴ２に進む。コントローラ２０は、ステップＳＴ２において要求トルク導出部２２で要求トルク導出処理を実行して要求トルクＴ_ｒｅｑを求める。コントローラ２０は、ステップＳＴ３において推定車両速度導出部２１で推定車両速度処理を実行して推定車両速度ＢＶを算出し、ステップＳＴ４に進む。コントローラ２０は、ＳＴ４においてスリップ率演算部２３でスリップ率演算処理を実行してスリップ率Ｓを算出し、ステップＳＴ５に進む。

コントローラ２０は、ステップＳＴ５において車輪がスリップしているか否かをスリップ率Ｓと閾値Ｓ１の大小関係で判定する。ここで、スリップ率Ｓが閾値Ｓ１を超えていない場合、コントローラ２０は、スリップしていないものと判定して出力制御を実行しないで、この制御ルーチンを終える。スリップ率Ｓが閾値Ｓ１を超えている場合、コントローラ２０は駆動輪である後輪５がスリップしていて出力制御の必要ありと判定し、ステップＳＴ６に進み、モータ２の走行トルク（回転トルク）を抑制すべく出力制御処理を開始する。本実施形態において、出力制御処理とは、推定スリップ速度算出処理、目標スリップ率算出処理、目標制御量算出処理、走行トルク算出処理である。
コントローラ２０はステップＳＴ６において、推定スリップ速度算出部２４で推定スリップ速度算処理を実行して推定スリップ速度αを算出し、ステップＳＴ７において目標スリップ速度算出部２５で目標スリップ速度算出処理を実行して目標スリップ速度α_ｔｇｔを算出する。推定スリップ速度αと目標スリップ速度α_ｔｇｔの算出はどちらが先であってもよい。
コントローラ２０は、ステップＳＴ８において、目標制御量算出部２６で目標制御量算出処理を実行して目標減衰制御量ΔＴを算出してステップＳＴ９に進む。コントローラ２０は、ステップＳＴ９において、走行トルク算出部２７で走行トルク算出処理を実行して走行トルクＴ_ｏｕｔを算出し、ステップＳＴ１０において、走行トルクＴ_ｏｕｔとなるようにモータ２の出力を抑制する方向に制御する。

図４は、本実施形態で行われる出力制御の内容を模式的に示した図である。
モータ２で走行する車両１は、エンジンの回転慣性に対し、モータ２の回転慣性が小さいため、トルクに対するレスポンスが良い反面、発進時の微小ショックや車輪スリップ時のアクセルコントロールが難しいという課題がある。つまり、推定スリップ速度αが推定車両速度に対して立ち上がりが早く、ドライバーが気付いた時には、ドライバーの想定よりも車輪がスリップしていることが多い。この状態が図４の非制御時の状態である。このため、本実施形態では、車輪（駆動輪である後輪５）がスリップした場合には、コントローラ２０でスリップ速度（車輪加速度）を低下させることでモータ２の出力制御を行い、モータトルクを抑制するようにした。
このように、車輪（駆動輪である後輪５）にスリップが発生した場合には、モータトルクを抑制するようにコントローラ２０でモータ２の出力制御をすることで、過度に駆動輪である後輪５、５がスリップすることを抑制することができ、スリップ状態であってもドライバーの意思によってアクセルコントロールが容易になる。
また、従来の出力制御のように、車輪がスリップしたら、一義的に出力を抑制してスリップの発生を防止するのではなく、スリップ状態におけるスリップの程度を低下させるよう出力制御するので、スリップ環境下であっても、アクセルコントロールすることで、モータ２の出力を調整することができる。このため、例えば車両１がスタックした場合でも、ドライバーのアクセルワークで駆動輪に対するトルク調整（スリップ速度調整）を行うことができる。つまり、スリップしやすい路面等においてもドライバーによる車輪のスリップコントロールを可能にする。

ここで、車輪のスリップを制御するものの１つであるトラクションコントロールと本実施形態との違いについて説明する。トラクションコントロールでは、任意の車輪がスリップし、そのスリップ率が任意の値を超えると、車輪がグリップするように出力を抑制するように制御するのが一般的である。すなわち、車輪がスリップした場合、どのような状況であっても一定以上の回転トルクが車輪に発生しないように、駆動側の回転トルクを抑制して滑らないように制御している。このような制御の場合、アクセルペダル９の踏込量によらず一定のスリップ率に抑えているため、スリップすると、スリップしなくなる範囲まで出力トルクが制限されるため、スリップさせながら走行したい場合、例えばスタックした際に路面に駆動力が伝達されないので、抜け出すことができない。また、ドライバーがアクセルペダル９に対して踏み込み操作をしていた場合でも、トルク制限によって車輪に対して空転する駆動トルクを伝達できないので、スリップさせながら加速することもできない。
これに対し、本実施形態では、駆動輪である後輪５、５がスリップした場合、ある一定以上のスリップ率の場合には、スリップ率が低下するようにモータトルクを抑制してスリップ率を制御開始時よりも抑制すべくスリップ速度を低下させる。このように、スリップ時に、アクセルペダル操作に対するモータトルクの応答性を低下させることで、スリップ率を抑制するようにモータトルクを制御する。その際に、スリップ率の抑制を緩やかにするので、ドライバーにアクセルペダル操作を判断させる時間を与えることもできる。

上記実施形態においては、車両１は、１つのモータ２で後輪５、５を駆動する後輪駆動車として説明したが、駆動形式としては別な形態であってもよい。図５（ａ）〜（ｃ）は他の駆動方式を簡易的に示した図である。図５（ａ）は、前輪８、８側と後輪５、５側とをそれぞれ個別なモータ２Ａ、２Ｂによって回転駆動して走行する４輪駆動車の形態を示す。図５（ｂ）は１つのモータ２で前輪８、８と後輪５、５を回転駆動して走行する４輪駆動車の形態を示す。図５（ｃ）は、４輪全ての車輪（前輪８、８と後輪５、５）を個別なモータ２Ａ〜２Ｄでそれぞれ回転駆動して走行する４輪駆動車の形態を示す。
これらの車両に、上記の出力制御装置であるコントローラ２０によるスリップ時の各モータの回転トルクの抑制を行う出力制御を適用する場合、車輪速度ωは、１つの駆動源が駆動する車輪の平均速度とする。つまり図５（ａ）の形態の場合、左右の前輪８、８の平均速度、又は左右の後輪５、５の平均速度を車輪速度ωとする。図５（ｂ）の形態の場合、左右の前輪８、８と左右の後輪５、５の平均速度を車輪速度ωとする。図５（ｃ）に示す形態の場合、４輪個別の車輪速度ωを用いて４輪個別に制御すればよい。

（変形例１）
図６は、本実施形態の変形例１の構成を示すブロック図である。この変形例は図２に示した実施形態に対して目標制御量算出部２６で算出される目標減衰制御量ΔＴを、車輪速度ω毎に補正して算出するようにしたものである。
これは、例えば図５（ａ）〜（ｃ）で説明した複数車輪をモータで駆動するタイプの車両１で、本制御を行う場合、他車輪のトルク抑制を防ぐために行うものである。つまり、４輪駆動の場合、全ての車輪が駆動輪となるため、何れか１つの駆動輪のスリップ率に応じて、各モータの回転トルクを抑制してしまうと、スリップしていない車輪に対してもスリップ速度を低下させてしまうので、加速性能やスタック時のトルク配分が変化してしまう。しかし、変形例１では、駆動対象の複数の車輪速度を全て監視し、各車輪の車輪速度ωに応じてそれぞれ個別に目標減衰制御量ΔＴを算出することで、駆動力の損失を避けることができるので、好ましい。
変形例１では、次の式６を用いて各車輪速度ω毎に補正して目標減衰制御量ΔＴを算出する。
ΔＴ＝ｋ＊（α−α_ｔｇｔ）＊Ｉ／Ｔｌ・・・（式６）
なおｋは、駆動系部品の特性を考慮して、駆動対象輪に応じて決定するものとする。例えば、ｋは、前後軸の車輪速度差や左右の車輪速度差を入力としてマップで決定する補正係数である。このため、コントローラ２０のＲＯＭに予め上記式６とマップを記憶しておくのが好ましい。

（変形例２）
図７は、本実施形態の変形例２の構成を示すブロック図である。上述の実施形態では、車両１の旋回時の状態は考慮してはおらず、主に直進走行時で車輪がスリップしたことを前提としていたが、変形例では図２に示した実施形態に対して目標制御量算出部２６で算出される目標減衰制御量ΔＴを、横加速度情報で補正して算出するようにしたものである。ここでの横加速度情報は、車体情報Ｇ、操舵角θ、推定車両速度ＢＶである。なお、車体情報Ｇとは、ヨーレートや横Ｇである。
変形例２では、横Ｇもしくは推定横Ｇ（操舵角、推定車体速、ヨーレートから演算）に応じて以下の式７を用いて補正を行なう。
ΔＴ＝ｋ＊（α−α_ｔｇｔ）＊Ｉ／Ｔｌ・・・（式７）
なお、ｋは、横Ｇ、推定横Ｇを入力としてマップで決定する補正係数である。このため、コントローラ２０のＲＯＭに予め上記式７とマップを記憶しておくのが好ましい。
このように横加速度に応じて目標制御量算出部２６で算出される目標減衰制御量ΔＴを補正して算出すると、車両１の旋回時において変化する各車輪のスリップ率を考慮して目標減衰制御量ΔＴを算出することができるので、旋回時における駆動力の損失を避けることができるとともに、旋回性も安定するので好ましい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、上述の説明で特に限定していない限り、特許請求の範囲に記載された本発明の趣旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

本発明の実施の形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１・・・車両、２・・・電動機、５，５・・・後輪（車輪）、８，８・・・前輪（車輪）、９・・・アクセルペダル、２０・・・出力制御装置、２２・・・要求トルク導出部、２３・・・スリップ率演算部、２４・・・推定スリップ速度算出部、２５・・・目標スリップ速度算出部、２６・・・目標制御量算出部、Ａ・・・踏込量、ＢＶ・・・推定車両速度（横加速度情報）、Т_ｒｅｑ・・・要求トルク、ω・・・車輪速度、α・・・推定スリップ速度、α_ｔｇｔ・・・目標スリップ速度、Ｓ・・・スリップ率、Ｔｌ・・・路面反力トルク、ΔＴ・・・目標減衰制御量、Ｔ_ｏｕｔ・・・走行トルク、Ｇ・・・車体情報（横加速度情報）、θ・・・操舵角（横加速度情報）

Claims (3)

1. 電動機の回転が車輪に伝達されることで走行する車両の出力制御装置であって、
   少なくともアクセルペダルの踏込量からドライバー要求トルクを導出する要求トルク導出部と、
   推定車両速度と車輪速度から前記車輪のスリップ率を演算するスリップ率演算部と、
   前記要求トルク導出部で導出された要求トルクと路面反力トルクとから、前記車輪の推定スリップ速度を算出する推定スリップ速度算出部と、
   少なくとも前記路面反力トルクと前記スリップ率演算部で算出されたスリップ率との２つから目標スリップ速度を求める目標スリップ速度算出部と、
   前記推定スリップ速度と前記目標スリップ速度とから目標減衰制御量を求める目標制御量算出部とを備え、
   前記目標制御量算出部で求められた目標減衰制御量と前記要求トルク導出部で求められた要求トルクとから求められる走行トルクとなるように、前記電動機の回転トルクを制御する車両の出力制御装置。
2. 前記目標減衰制御量を、前記車輪速度に応じて補正することを特徴とする請求項１に記載の車両の出力制御装置。
3. 前記目標減衰制御量を、前記車両の横加速度情報に応じて補正することを特徴とする請求項１に記載の車両の出力制御装置。

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