CN108136935B - 车速控制装置 - Google Patents

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Abstract

具备：数量与多个马达的数量对应的反馈控制部，根据来自检测多个马达的各马达的转速的速度传感器的速度信号与反馈用目标车速信号的偏差来生成各马达的反馈转矩指令；前馈控制部，根据输入目标车速信号来运算并求出作为车辆整体的前馈转矩指令；以及转矩分配部，将前馈转矩指令分配成各马达的前馈转矩指令，将各马达的反馈转矩指令与各马达的前馈转矩指令相加来控制各马达。

Description

车速控制装置
技术领域
本发明涉及利用多个驱动马达行驶的车辆的车速控制装置。
背景技术
作为汽车的驾驶支援***，有如巡航控制(CC)及自适应巡航控制(ACC)那样使车辆自动地追随控制成由驾驶员的操作或者***生成的目标速度的技术。这样的车速控制技术也使用在自动驾驶***中。以往，搭载多个驱动马达的车辆做成如下结构：在进行车速控制时，在计算出作为车辆整体而应提供的转矩指令的总和之后，在转矩分配计算部中对各马达及引擎分配转矩。(例如专利文献1)
另外，提出了如下方法：在轮内马达车辆中，与驾驶员的加速器操作等加速操作对应地，通过组合前馈控制和反馈控制而成的控制来进行产生了转向操作所引起的内外轮差的情况下的各马达的控制(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－62894号公报
专利文献2：日本特开2011－139561号公报
发明内容
在专利文献1所记载的车速控制装置中，统一计算作为车辆整体而应提供的总转矩指令，所以追随的速度依赖于承担该统一计算的控制装置的设定。然而，在利用多个驱动马达行驶的车辆中，从各马达至各车轮的由齿轮、轴等机械性的要素构成的驱动***分别不同。以往的控制装置的参数必须与难以提高追随性能的驱动***相匹配地设计。另外，在专利文献2所记载的车速控制装置中，也未考虑从各马达至各车轮的驱动***不同这一情况。
在此，关于难以提高追随性能这一情况进行补充说明。追随性能是指车速的上升朝向目标速度收敛的速度、以及车速因干扰而变动时的向目标速度复原的速度。车辆的驱动***并不是完全的刚体，所以起因于其共振特性，针对特定的频带的转矩输入而激发振动。一般而言，作为车速控制装置，使用速度反馈(FB)控制，在调高FB增益时，追随性能也提高。然而，在FB控制***内循环的信号的频带也向高频侧扩展，所以当其包含共振频率时，产生车体振动。因此，导致乘车舒适性的恶化及驱动***的损坏。因而，必须与共振频率低的驱动***相匹配地抑制控制装置的追随速度。
本发明是为了解决如上所述的问题点而完成的，其目的在于得到在多个马达驱动的车辆的车速控制中提高向目标速度的追随性能的车速控制装置。
本发明提供一种车速控制装置，通过控制具备驱动车轮的多个马达的车辆的多个马达，将该车辆的车速控制成追随被输入的输入目标车速信号的车速，所述车速控制装置具备：数量与多个马达的数量对应的反馈控制部，根据来自检测多个马达的各个马达的转速的各个速度传感器的各个速度信号与由目标车速滤波器对输入目标车速信号进行整形而得到的反馈用目标车速信号的偏差来生成各个马达的反馈转矩指令；前馈控制部，使用以输入目标车速信号为输入、以作为车辆整体的前馈转矩指令为输出的传递函数来运算作为车辆整体的前馈转矩指令；以及转矩分配部，将前馈转矩指令分配成各个马达的前馈转矩指令，传递函数是以车辆平移方向的力的总和为输入并以车辆的速度为输出的车辆的传递函数的逆模型与目标车速滤波器的传递函数相乘而得到的传递函数，将各个马达的反馈转矩指令与各个马达的前馈转矩指令相加来控制各个马达。
根据本发明，通过针对各马达构成速度反馈控制***，能够根据各马达的驱动***的共振特性，调整反馈控制部以尽可能提高追随性能。另外，由于对所有的马达准备共同的前馈控制部，所以由转矩分配部根据状况将前馈转矩指令对各马达进行转矩分配，从而能够得到合适的追随性能。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的车速控制装置的结构的框图。
图2是示出应用本发明的车速控制装置的马达单元的结构的框图。
图3是示出应用本发明的车速控制装置的车辆的结构的一个例子的概念框图。
图4是示出应用本发明的车速控制装置的车辆的结构的另一例子的概念框图。
图5是示出应用本发明的车速控制装置的车辆的结构的又一例子的概念框图。
图6是示出应用本发明的车速控制装置的车辆的结构的又一例子的概念框图。
图7是示出具备本发明的车速控制装置的***的硬件结构的一个例子的框图。
图8是用于说明本发明的实施方式2的车速控制装置的结构的第一波特线图。
图9是示出用于说明本发明的实施方式2的车速控制装置的动作的车辆的力学模型的图。
图10是示出用于说明本发明的实施方式2的车速控制装置的结构的FB控制部的开环的框图。
图11是用于说明本发明的实施方式2的车速控制装置的结构的第二波特线图。
图12是用于说明本发明的实施方式2的车速控制装置的结构的第三波特线图。
图13是示出用于说明本发明的实施方式2的车速控制装置的结构的FB控制部的开环的第二框图。
图14是示出本发明的实施方式3的车速控制装置的结构的框图。
图15是用于说明本发明的实施方式3的车速控制装置的目标车速校正部的动作的图。
图16是将用于说明本发明的实施方式3的车速控制装置的目标车速校正部的动作的图9的一部分进行放大而示出的图。
图17是示出本发明的实施方式4的车速控制装置的结构的框图。
图18是说明本发明的实施方式5的车速控制装置的动作的线图。
图19是示出本发明的实施方式6的车速控制装置的动作的流程图。
图20是示出本发明的实施方式7的车速控制装置的动作的流程图。
图21是示出本发明的实施方式7的车速控制装置的动作的线图。
图22是示出包括本发明的实施方式7的车速控制装置的***的结构的框图。
(附图标记说明)
1：车辆；11、12、13、14：马达单元；20：障碍物探测传感器；21、22、23、24：车轮；100：车速控制装置；101：前馈控制部；102：转矩分配部；111、112、113、114：反馈控制部；120：目标车速滤波器；121、122、123、124：速度信号滤波器；131、132、133、134：目标车速校正部；141、142、143、144：转矩滤波器；Vref：输入目标车速信号；VrefF：反馈用目标车速信号。
具体实施方式
实施方式1.
图3表示搭载有本发明的车速控制装置100的车辆1的结构的一个例子。左前轮21、右前轮22、左后轮23、右后轮24分别由4台马达单元11～14的各马达驱动。各马达单元11～14的各马达的输出转矩经由减速装置、驱动轴等由机械性的要素构成的驱动***传递到各车轮21～24。各马达单元11～14的各马达也可以是与车轮21～24一体化的轮内马达。应用本发明的车辆也可以是搭载有3台或者两台马达的车辆，本发明能够应用于搭载有多台马达的车辆。作为搭载有3台马达的车辆1的一个例子，图4示出搭载有分别驱动左右后轮23、24的马达单元13、14、驱动前轮21、22的马达单元11的车辆1。马达单元11的马达的输出转矩经由差动齿轮31传递到两个车轮21、22。此外，车辆1的前后的马达数和驱动***的结构也可以前后相反。作为搭载两台马达的车辆1的一个例子，图5示出在前轮侧搭载有马达单元11、在后轮侧搭载有马达单元13的车辆。在该情况下，马达单元11、13的各马达的输出转矩分别经由差动齿轮31、32传递到左右前轮21、22和左右后轮23、24。作为搭载两台马达的车辆1的另一个例子，图6示出左右前轮21、22分别由马达单元11、12的各马达驱动的车辆。以下，关于本发明的车速控制装置100的结构，叙述搭载4台马达单元11～14的车辆。对于搭载4台以外的数量的马达的车辆的情况，使车速控制装置100内的与各马达单元对应的控制部适当地增减即可。
图1是示出本发明的实施方式1的车速控制装置100的结构的框图。车速控制装置100具备前馈(以后，有时还称为FF)控制部101、目标车速滤波器120、转矩分配部102以及马达控制部151～154。各马达控制部151～154具有反馈(以后，有时还称为FB)控制部111～114和速度信号滤波器121～124。车速控制装置100的输出是针对各马达单元11～14的转矩指令T1、T2、T3、T4。各转矩指令T1、T2、T3、T4分别为FB控制部111～114的FB转矩指令Tfb1、Tfb2、Tfb3、Tfb4与经由转矩分配部102的FF控制部101的FF转矩指令Tff1、Tff2、Tff3、Tff4之和。即为T1＝Tfb1+Tff1、T2＝Tfb2+Tff2、T3＝Tfb3+Tff3、T4＝Tfb4+Tff4。
在此，使用图2，说明马达单元的结构。各马达单元11～14具有马达、对马达施加电压的逆变器以及检测马达的转速的速度传感器。转矩指令Ti(i＝1,2,3,4)被输入到逆变器，变换为电压指令Vi(i＝1,2,3,4)而施加到马达。各速度传感器检测各马达的速度Vmi(i＝1,2,3,4)，输出到车速控制装置100的各马达控制部151～154。
作为车辆的车速的目标值的输入目标车速信号Vref由上位的控制***或驾驶员的操作提供。FB控制部111～114根据作为使输入目标车速信号Vref通过目标车速滤波器120而得到的信号的反馈用目标车速信号VrefF、与使从各马达单元的速度传感器得到的各马达的速度信号Vm1、Vm2、Vm3、Vm4分别通过速度信号滤波器121～124而得到的速度信号VmF1、VmF2、VmF3、VmF4的差，运算向各马达单元11～14的FB转矩指令Tfb1、Tfb2、Tfb3、Tfb4。作为运算方法，也可以使用比例积分(PI)控制。输入目标车速信号Vref有可能会根据由驾驶员的开关操作等所致的设定变更而以阶梯状变化，但通过由目标车速滤波器120对其整形，实现平滑的车速变化。速度信号滤波器121～124具有去除各马达速度信号的噪声的效果，在噪声本身少的情况下也可以省略。
FF控制部101根据输入目标车速信号Vref来运算FF转矩指令Tff。作为运算方法，也可以使用将目标车速滤波器120的传递函数与车辆1的传递函数的逆模型相乘而得到的结果。作为车辆1的传递函数，也可以使用将车辆1视为1个质点、将车辆平移方向的力的总和作为输入并将质点的速度作为输出而导出的传递函数。车辆平移方向的力是通过考虑驱动***的减速比和车轮半径等，针对向各马达单元11～14的转矩指令进行换算而得到的。另外，也可以针对质点考虑滚动阻力及空气阻力的作用来导出传递函数。在没有干扰及模型化误差的理想的状况下，通过提供FF转矩指令，车辆1能够追随滤波后的反馈用目标车速信号VrefF。
转矩分配部102将FF转矩指令Tff作为输入，输出针对各马达的FF转矩指令Tff1、Tff2、Tff3、Tff4。此时，设为Tff＝Tff1+Tff2+Tff3+Tff4。Tff1、Tff2、Tff3、Tff4的符号在与Tff的符号一致时，能够缩小转矩分配的计算的范围。
利用这样的结构，本发明的车速控制装置100将FF转矩指令设为向目标车速的追随的基础，并利用各FB控制部111～114校正模型化误差及干扰所致的各车轮从目标车速的偏离。各FB控制部111～114能够设计成与各车轮的驱动***的特性、例如共振特性相匹配地提高追随性能，所以利用本发明的车速控制装置100能够以与多个马达驱动的车辆1相适应的形式实现能够得到合适的追随性能的车速控制。
另外，在速度控制方面，常常使用为了提高追随性能而追加FF控制的2自由度控制的结构。FF控制***一般不考虑干扰而被设计，但在多个马达驱动的车辆的情况下，当对各马达单独地采用2自由度控制时，相互的FF转矩指令产生干扰，无法得到所期望的追随性能。相对于此，本发明对所有的马达准备共同的FF控制部。由于对所有的马达准备共同的FF控制部，所以由转矩分配部根据状况将FF转矩指令对各马达进行转矩分配，从而能够得到合适的追随性能。进而，通过利用转矩分配部的自由度，能够考虑车辆运动性能来对车辆进行速度控制。
图7是示出具备实施方式1的车速控制装置100的***的硬件结构的一个例子的框图。车速控制装置100由作为硬件的处理器200和存储装置201实现。存储装置201虽然未图示，但具备随机访问存储器等易失性存储装置以及闪存存储器等非易失性的辅助存储装置。另外，存储装置201虽然未图示，但也可以不具备非易失性的辅助存储装置，而具备硬盘等辅助存储装置。
处理器200执行从存储装置201输入的程序。程序相当于车速控制装置100的算法。存储装置201具备辅助存储装置和易失性存储装置，所以程序从辅助存储装置经由易失性存储装置输入到处理器200。另外，处理器200既可以将运算结果等数据输出到存储装置201的易失性存储装置，也可以经由易失性存储装置将所述数据保存于辅助存储装置。
处理器200从上位控制***202接受目标车速Vref。上位控制***202也可以根据由雷达、摄像机、声呐、激光器、GPS、地图信息等传感器获取到的车辆的周边环境的信息以及车速、加速度、横摆率等车辆的运动状态的信息来决定Vref。另外，也可以根据驾驶员的加速器操作、制动操作、开关操作、换挡操作等来决定Vref。
处理器将由车速控制装置100的算法运算出的转矩指令T1、T2、T3、T4输出到各马达单元11～14。另外，从各马达单元的速度传感器获取马达速度Vm1、Vm2、Vm3、Vm4。
另外，图1中的前馈(FF)控制部101、目标车速滤波器120、转矩分配部102以及马达控制部151～154由执行存储于存储装置201的程序的处理器200、或者未图示的***LSI等处理电路实现。也可以由多个处理器200以及多个存储装置201协作地执行上述功能。另外，既可以由多个处理器200以及多个存储装置201协作地执行上述功能，也可以由多个处理电路协作地执行上述功能。另外，也可以利用多个处理器200及多个存储装置201与多个处理电路的组合来协作地执行上述功能。
此外，以下叙述的实施方式1以外的实施方式的车速控制装置100也利用执行存储于图7所示的硬件结构中的存储装置201的程序的处理器200、或者未图示的***LSI等处理电路而与实施方式1同样地实现。
实施方式2.
如在实施方式1中所说明那样，各FB控制部111～114的特征在于能够设计成与各车轮的驱动***的特性相匹配地提高追随性能。前轮与后轮的机械特性不同，所以能够使控制驱动前轮的马达的FB控制部和控制驱动后轮的马达的FB控制部的控制特性与各车轮的特性相匹配地不同。例如，各车轮的驱动***的共振特性不同，所以与其共振特性相匹配地设定成各FB控制部的频率特性不同，从而能够在提高追随性能的同时进行与各车轮相适应的控制。
图8示出一边使频率逐渐变化一边对1个马达发出正弦波状的转矩指令并测量该马达的转速而得到的波特线图的例子。在图8的波特线图中，输入为转矩指令值，输出为马达速度，相当于本发明中的马达单元的共振特性。在例示出的波特线图中，作为共振特性具有1个***振点和1个共振点。已知这样的结果作为搭载于车辆并与驱动***连接的马达单元的特性通常能够得到，在力学上能够将车辆模型化为用弹簧和减震器连接马达轴的惯性与车体的惯性而成的2惯性***。作为一个例子，当图示为了前轮驱动用和后轮驱动用而分别各搭载有1台马达的车辆的力学模型时，能够如图9那样表现。在考虑这样的共振特性的同时分别调整针对各马达的FB控制部即可。
接下来，作为与驱动***的共振特性相匹配的FB控制部的调整方法的一个例子，叙述比例积分增益的经验性的调整方法。考虑如图10所示FB控制部与马达单元串联地连接的开环***。在此，为了简化，除去转矩滤波器和速度信号滤波器来考虑。最初，将积分增益设定为0，仅使比例增益变化，解析从向FB控制部的输入至马达单元的输出为止的波特线图。当增大比例增益时，图8的波特线图向上方向移动，当减小比例增益时，向下方向移动。将如图11那样在***振点与共振点的中间通过0dB时的比例增益设为适当的值。接下来，在固定比例增益的值的状态下，调整积分增益。在抑制干扰的观点中，积分增益最好大，但同时相位滞后也变大，所以FB控制部的稳定性劣化。如图12那样，积分增益在作为基准而相位富余为40度以上的范围尽可能大即可。
此外，即使利用在上述处理中决定的比例积分增益来实施FB控制，有时也由于实际车辆的控制周期的影响等而无法得到足够的稳定性。在该情况下，解析如图13那样还包含对控制周期进行模拟而得到的延迟要素、转矩滤波器及速度信号滤波器的开环***的稳定富余，调整比例积分增益和滤波器的截止频率，以作为基准而使增益富余成为10dB～20dB、使相位富余成为40度～60度即可。
通过以上的处理决定的比例积分增益的值根据表示驱动***的共振特性的波特线图的不同而不同。即，例如控制驱动前轮的马达的FB控制部与控制驱动后轮的马达的FB控制部的比例积分增益的值不同。
作为FB控制部的其它设计方法，根据用传递函数或状态方程表现力学模型的模型，作为FB转矩指令的计算方法，也可以不限于比例积分控制而应用最佳控制或鲁棒性控制等各种控制理论。此时，根据各驱动***的力学模型调整控制部以使得能够得到合适的追随性能，从而作为车辆整体能够得到合适的追随性能。
这样，本发明的特征之一在于各个反馈控制部中的至少一个反馈控制部的控制特性、特别是增益以及相位中的至少一方的频率特性与其它反馈控制部的控制特性不同。
实施方式3.
图14是示出本发明的实施方式3的车速控制装置的结构的框图。在图1的结构中，滤波后的反馈用目标车速信号VrefF被同样提供给各马达的FB控制部111～114。然而，车辆1在转弯时内轮和外轮在物理上产生速度差。考虑此而改变提供给各FB控制部111～114的目标车速，从而能够提高追随精度及转弯性能。图14所示的实施方式3的车速控制装置100是在使滤波后的反馈用目标车速信号VrefF通过目标车速校正部131～134之后提供给各FB控制部111～114的结构。通过目标车速校正部131～134而校正后的目标车速与各马达单元11～14对应起来设为VrefF1、VrefF2、VrefF3、VrefF4。
作为考虑了转弯时的内轮与外轮的速度差的实施目标车速的校正的方法，例如有考虑车辆1的车速、转向角度、各车轮21～24的接地点的几何学的位置关系以及侧滑角的方法。以下，参照图15，叙述具体的方法。
图15是从上部观察车辆时的图。以左右对称地划分车辆1的方式在前后方向设定x轴，以x轴上的任意的点为原点O。例如，原点O既可以设为车辆1的重心点，也可以设为将左右后轮的中心点连结而成的线与x轴的交点。x轴的正的方向设为车辆1的前进方向。另外，设通过原点O并与x轴垂直的方向为y轴。y轴的正的方向相对于车辆1的前进方向设为左方向。这些坐标轴对车辆1固定。
在此，考虑将原点O的速度控制成VrefF。此时，考虑将VrefF分为x轴方向分量Ux、y轴向分量Uy，此时下式成立。
[式1]
Ux＝VrefFcosβ (1)
[式2]
Uy＝VrefFsinβ (2)
β为原点O处的车辆1的侧滑角。β也可以使用运动过程中的车辆1的侧滑角的值。作为侧滑角，也可以使用由传感器的获取值，也可以使用推测值。另外，β也可以根据目标行驶速度、转向角度、路面状态等而由目标车速校正部131～134提供适当的值。特别在如车辆1以大的侧滑角行驶、轮胎能够产生的横向力饱和那样的情况下，当提供由目标车速校正部131～134决定的小的β时，对于车辆1的稳定化是有效的。
在此，将从y轴至左右前轮、左右后轮的中心点的距离分别设为L1、L2、L3、L4。将从x轴至左右前轮、左右后轮的中心点的距离分别设为D1、D2、D3、D4。将左右前轮、左右后轮的转向角度分别设为δ1、δ2、δ3、δ4。另外，将车辆的横摆率设为γ，将左右前轮、左右后轮的侧滑角分别设为β1、β2、β3、β4。此时，目标车速校正部131～134通过下式计算VrefF1、VrefF2、VrefF3、VrefF4。
[式3]
Figure GDA0001634894070000111
[式4]
Figure GDA0001634894070000112
[式5]
Figure GDA0001634894070000121
[式6]
Figure GDA0001634894070000122
该计算式根据几何学的关系式而决定，图16示出关注于左前车轮21的放大图。各车轮21～24的侧滑角既可以使用由传感器获取到的运动过程中的值，也可以使用推测值。或者也可以根据车辆的几何学的关系，通过下式进行计算。
[式7]
Figure GDA0001634894070000123
[式8]
Figure GDA0001634894070000124
[式9]
Figure GDA0001634894070000125
[式10]
Figure GDA0001634894070000126
车辆的横摆率γ既可以使用由横摆率传感器获取到的值，也可以根据目标行驶速度、转向角度、路面状态等，由目标车速校正部131～134提供适当的值。
此外，在如图4那样搭载3台马达的车辆1的情况下、或如图5那样利用两台马达分别驱动左右前轮和左右后轮的情况下，存在经由差动齿轮31、32而驱动两个车轮的马达。作为针对该马达的目标车速校正方法，也可以最初假定用4台马达分别驱动4个车轮来计算VrefF1、VrefF2、VrefF3、VrefF4，将与驱动的两个车轮对应的目标车速的平均值作为校正后的目标车速。例如，在图5的情况下，将(VrefF1+VrefF2)/2作为针对马达11的校正后的目标车速即可。
实施方式4.
图17是示出本发明的实施方式4的车速控制装置的结构的框图。FB控制部111～114为了避免车辆1的振动的激发而需要使追随性能下降，向各马达单元11～14的最终的转矩指令为FB转矩指令与FF转矩指令之和的T1、T2、T3、T4。因而，为了更积极地降低车体振动，有效的是如图17所示，将转矩滤波器141～144分别***到各马达单元11～14的输入的前级，将其输出的T1F、T2F、T3F、T4F用作最终的转矩指令。关于该滤波器的截止频率，可以考虑与各马达单元11～14的各马达对应的驱动***的共振频率而设定为包含共振频率的频率，从而使共振频率截止。该共振频率已知一般为10Hz前后，所以转矩滤波器的截止频率在设为1～10Hz左右时易于得到效果。通过转矩滤波器141～144的***，追随性能变钝化，但可以考虑其与车体振动降低所带来的乘车舒适性提高的平衡来调整滤波器。
实施方式5.
作为马达的速度FB控制***，常常使用PI控制。在由多个马达驱动的车辆1中，如果针对各马达11～14构成FB控制部111～114，则在各马达11～14的目标车速与车辆的物理上的、几何上的制约产生不匹配时产生问题。举出具体例，在转弯时，在物理上各车轮21～24产生速度差，但当提供同样的反馈用目标车速信号VrefF作为向各马达的目标车速时，必然持续残留速度偏差，所以由于I控制的效果而FB转矩指令持续增加或者减少。当该持续增加或者减少的转矩变得过大时，有可能会引起车轮21～24的打滑。能够通过在实施方式3中叙述的目标车速校正部131～134的导入来减小速度偏差，能够减轻由I控制积蓄转矩指令的步调，但最好能够更加降低坏影响。特别是行驶速度及转向角度越增加，则转弯时的速度偏差越大。作为解决该问题的手段之一，针对I控制的增益，根据马达速度或转向角度、或者这两方，它们越大则越减小I增益即可。作为例子，图18示出根据马达速度对I增益相乘的值的映射。在图18中，在马达速度的第1阈值之前对I增益乘以1，至马达速度的第2阈值之前使I增益减少，在马达速度的第2阈值以后使其为0。通过这样做，在低速区段能够活用I控制来抑制干扰等，并且在高速区段能够降低可能因I控制而产生的弊端。
此外，也可以不减小I增益，或以与其进行组合的形式，根据行驶速度、转向角度来下调基于I控制的转矩指令的绝对值的上限。另外，也可以不使用马达速度，而使用车轮速度或者车体速度。
实施方式6.
叙述通过利用本发明的转矩分配部102的自由度来提高车辆1的运动性能的方法。车辆1在加速时，后轮的接地荷重比前轮大，在减速时，前轮的接地荷重比后轮大。通过轮胎得到的路面摩擦力随着荷重增加而变大。因而，当在车辆1加速时对前轮侧重点地分配转矩指令、在减速时对后轮侧重点地分配转矩指令时，能够作为车辆整体而更高效地利用在力学上能够得到的路面摩擦力。由此，在制动时以及驱动时能够达到的加减速度的范围变宽。另外，在路面摩擦力的分量中有车辆的行进方向和横向。路面摩擦力的高效的利用有助于确保产生横向力的富余，对于保持车辆的稳定性也是有效的。
在本发明的实施方式6的车速控制装置100的转矩分配部102中，作为前后轮的转矩指令分配，例如有以下的方法。按照图19所示的流程图进行叙述。当流程开始时(步骤S101)，转矩分配部102与滤波后的反馈用目标车速信号VrefF的加减速度对应起来读入预先决定的平移方向的前后驱动力分配比率Rf:Rr(步骤S102)。然后，以使前轮的总驱动力{K1×(Tfb1+Tff1)+K2×(Tfb2+Tff2)}与后轮的总驱动力{K3×(Tfb3+Tff3)+K4×(Tfb4+Tff4)}之比接近上述比率的方式决定Tff1、Tff2、Tff3、Tff4(步骤S103)，结束流程(步骤S104)。作为步骤S103的具体的方法，例如也可以使用下面的评价指标J2。
[式11]
J2＝
|Rr{K1(Tfb1+Tff1)+K2(Tfb2+Tff2)}-Rf{K3(Tfb3+Tff3)+K4(Tfb4+Tff4)}|
(11)
只要发现J2变小的Tff1、Tff2、Tff3、Tff4即可，既可以对其使用各种最优化计算方法，也可以随机或全员代入。此时，也可以通过追加K1×(Tfb1+Tff1)＝K2×(Tfb2+Tff2)且K3×(Tfb3+Tff3)＝K4×(Tfb4+Tff4)的限制条件，降低左右轮的转矩差所致的横摆力矩产生，并且减少计算负荷。
在该例子中，以搭载4台马达的车辆为对象，但针对马达搭载数不同的车辆，也能够应用同样的构思。
实施方式7.
在本发明的车速控制装置100中，FF控制部101承担追随性能提高的主要作用。然而，当在车辆1的前后附近存在其它车辆、障碍物等的情况下，避开碰撞是优先的，所以有时基于FF控制的追随性能变得过剩。作为实施方式7，以下叙述解决该问题的方法。
作为例子，图20示出车辆1前进或者将要前进的状态下的流程。当流程开始时(步骤S201)，最初判定车辆前方的物体的有无(步骤S202)。在不存在物体的情况下，流程结束(步骤S206)。在存在物体的情况下，检查滤波后的反馈用目标车速信号VrefF的加速度的符号(步骤S203)。在VrefF的加速度为0以上的情况下，执行接下来的步骤S204，在不为0以上的情况下结束流程。
在执行步骤S204的阶段，是在车辆前方存在物体、车辆1接受了向前方的加速指令的状况。在步骤S204中，检查是否满足加减速抑制条件。该加减速抑制条件用于根据与前方的物体的相对距离及相对速度，判定抑制FF转矩指令Tff的绝对值的必要性。例如，如果仅考虑相对距离，则也可以将当前的相对距离Dc≤相对距离限制值Dcm设为加减速抑制条件。如果设为使用了相对距离和相对速度这两者的条件，则也可以将当前的车辆间时间Tc≤车辆间时间限制值Tcm设为加减速抑制条件。车辆间时间是指前方的物体通过某地点之后至车辆1通过所述地点为止的时间。在不满足加减速抑制条件的情况下结束流程。
在满足加减速抑制条件的情况下，计算代替Tff而使用的FF控制转矩Tff*(步骤S205)，结束流程。作为Tff*的计算方法，例如也可以如图21所示与相对距离对应地映射正的实数，对Tff乘以该实数。映射也可以根据车辆间时间来制作。
在流程结束并使用Tff*的情况下，转矩分配部102针对各马达11～14以满足Tff*＝Tff1+Tff2+Tff3+Tff4的方式分配转矩。此时，Tff1、Tff2、Tff3、Tff4的符号在与Tff*的符号一致时，能够缩小转矩分配的计算的范围。
此外，在避免车辆1后退或者将要后退时的、与车辆后方的物体的碰撞的方法方面，也能够使用同样的构思。与车辆前后方向的物体的相对距离、相对速度能够由毫米波雷达、摄像机、激光器、声呐等获取。在此，将获取与车辆前后方向的物体的相对距离、相对速度的传感器称为障碍物探测传感器。图22示出对图1的结构附加障碍物探测传感器20的***的结构图。
此外，本发明能够在其发明的范围内，对各实施方式适当地进行组合、变形或省略。

Claims (30)

1.一种车速控制装置，通过控制具备驱动车轮的多个马达的车辆的所述多个马达，将该车辆的车速控制成追随被输入的输入目标车速信号的车速，所述车速控制装置的特征在于，具备：
马达控制部，控制所述多个马达的各个马达，所述马达控制部的数量与所述多个马达的数量对应；
各个所述马达控制部所具备的反馈控制部，根据来自检测所述多个马达的各个马达的转速的各个速度传感器的各个速度信号与由目标车速滤波器对所述输入目标车速信号进行整形而得到的反馈用目标车速信号的偏差来生成各个马达的反馈转矩指令；
前馈控制部，使用以所述输入目标车速信号为输入并以作为所述车辆整体的前馈转矩指令为输出的传递函数来运算作为所述车辆整体的前馈转矩指令；以及
转矩分配部，将所述前馈转矩指令分配成所述各个马达的前馈转矩指令，
所述传递函数是以车辆平移方向的力的总和为输入并以车辆的速度为输出的车辆的传递函数的逆模型与目标车速滤波器的传递函数相乘而得到的传递函数，
各个所述马达控制部将所述各个马达的反馈转矩指令与所述各个马达的前馈转矩指令相加来控制所述各个马达。
2.根据权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部中的至少一个反馈控制部的控制特性即增益或者相位中的至少一方与其它反馈控制部的控制特性不同。
3.根据权利要求2所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部中的、控制驱动所述车轮中的前轮的马达的反馈控制部与控制驱动后轮的马达的反馈控制部的控制特性不同。
4.根据权利要求2或者3所述的车速控制装置，其特征在于，
所述不同的控制特性为频率特性。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的车速控制装置，其特征在于，
来自各个所述速度传感器的各个所述速度信号是由各个所述马达控制部所具备的各个速度信号滤波器进行滤波而得到的速度信号。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述马达控制部利用在将所述各个马达的反馈转矩指令与所述各个马达的前馈转矩指令相加之后由各个所述马达控制部所具备的各个转矩滤波器分别进行滤波而得到的转矩指令来控制各个马达。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的车速控制装置，其特征在于，
所述转矩分配部根据所述反馈用目标车速信号的加减速度，决定分配给驱动所述车轮中的前轮的马达的前馈转矩指令与分配给驱动所述车轮中的后轮的马达的前馈转矩指令的分配比。
8.根据权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于，
利用各个所述马达控制部所具备的各个目标车速校正部，根据所述车辆的车速、转向角度、所述车辆的各车轮的接地点的几何学位置关系、侧滑角以及横摆率对由目标车速滤波器对所述输入目标车速信号进行整形而得到的反馈用目标车速信号进行校正，各个所述反馈控制部根据校正后的各个所述反馈用目标车速信号与所述各个速度信号的偏差来生成各个马达的反馈转矩指令。
9.根据权利要求8所述的车速控制装置，其特征在于，
在所述车辆是具备左右前轮和左右后轮合计4个车轮、并具有经由差动齿轮驱动左右两个车轮的马达的车辆的情况下，利用针对驱动所述左右两个车轮的马达的所述目标车速校正部来计算针对所述车辆的4个车轮的目标车速，将与所述左右两个车轮对应的所述目标车速的平均值作为校正后的所述反馈用目标车速信号。
10.根据权利要求8或者9所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部中的至少一个反馈控制部的控制特性即增益或者相位中的至少一方与其它反馈控制部的控制特性不同。
11.根据权利要求10所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部中的、控制驱动所述车轮中的前轮的马达的反馈控制部与控制驱动后轮的马达的反馈控制部的控制特性不同。
12.根据权利要求10所述的车速控制装置，其特征在于，
所述不同的控制特性为频率特性。
13.根据权利要求8或者9所述的车速控制装置，其特征在于，
来自各个所述速度传感器的各个所述速度信号是由各个所述马达控制部所具备的各个速度信号滤波器进行滤波而得到的速度信号。
14.根据权利要求8或者9所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述马达控制部利用在将所述各个马达的反馈转矩指令与所述各个马达的前馈转矩指令相加之后由各个所述马达控制部所具备的各个转矩滤波器分别进行滤波而得到的转矩指令来控制各个马达。
15.根据权利要求8或者9所述的车速控制装置，其特征在于，
所述转矩分配部根据所述反馈用目标车速信号的加减速度，决定分配给驱动所述车轮中的前轮的马达的前馈转矩指令与分配给驱动所述车轮中的后轮的马达的前馈转矩指令的分配比。
16.根据权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部的控制分别包括积分控制，所述各个马达的转速或者所述车辆的转向角度越大，则使各个所述积分控制的增益越小，并且马达控制部将所述各个马达的反馈转矩指令与所述各个马达的前馈转矩指令相加来控制所述各个马达。
17.根据权利要求16所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部中的至少一个反馈控制部的控制特性即增益或者相位中的至少一方与其它反馈控制部的控制特性不同。
18.根据权利要求17所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部中的、控制驱动所述车轮中的前轮的马达的反馈控制部与控制驱动后轮的马达的反馈控制部的控制特性不同。
19.根据权利要求17或者18所述的车速控制装置，其特征在于，
所述不同的控制特性为频率特性。
20.根据权利要求16至18中的任意一项所述的车速控制装置，其特征在于，
来自各个所述速度传感器的各个所述速度信号是由各个所述马达控制部所具备的各个速度信号滤波器进行滤波而得到的速度信号。
21.根据权利要求16至18中的任意一项所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述马达控制部利用在将所述各个马达的反馈转矩指令与所述各个马达的前馈转矩指令相加之后由各个所述马达控制部所具备的各个转矩滤波器分别进行滤波而得到的转矩指令来控制各个马达。
22.根据权利要求16至18中的任意一项所述的车速控制装置，其特征在于，
所述转矩分配部根据所述反馈用目标车速信号的加减速度，决定分配给驱动所述车轮中的前轮的马达的前馈转矩指令与分配给驱动所述车轮中的后轮的马达的前馈转矩指令的分配比。
23.根据权利要求1所述的车速控制装置，其特征在于，
所述前馈控制部根据由探测所述车辆与前后的障碍物的距离的障碍物探测传感器探测出的障碍物与所述车辆的相对速度来减小前馈转矩指令。
24.根据权利要求23所述的车速控制装置，其特征在于，
所述反馈控制部根据车辆间时间来减小所述前馈转矩指令，所述车辆间时间是基于由所述障碍物探测传感器探测出的障碍物与所述车辆的相对距离以及所述探测出的障碍物与所述车辆的相对速度的车辆间时间。
25.根据权利要求23或者24所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部中的至少一个反馈控制部的控制特性即增益或者相位中的至少一方与其它反馈控制部的控制特性不同。
26.根据权利要求25所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述反馈控制部中的、控制驱动所述车轮中的前轮的马达的反馈控制部与控制驱动后轮的马达的反馈控制部的控制特性不同。
27.根据权利要求25所述的车速控制装置，其特征在于，
所述不同的控制特性为频率特性。
28.根据权利要求23或者24所述的车速控制装置，其特征在于，
来自各个所述速度传感器的各个所述速度信号是由各个所述马达控制部所具备的各个速度信号滤波器进行滤波而得到的速度信号。
29.根据权利要求23或者24所述的车速控制装置，其特征在于，
各个所述马达控制部利用在将所述各个马达的反馈转矩指令与所述各个马达的前馈转矩指令相加之后由各个所述马达控制部所具备的各个转矩滤波器分别进行滤波而得到的转矩指令来控制各个马达。
30.根据权利要求23或者24所述的车速控制装置，其特征在于，
所述转矩分配部根据所述反馈用目标车速信号的加减速度，决定分配给驱动所述车轮中的前轮的马达的前馈转矩指令与分配给驱动所述车轮中的后轮的马达的前馈转矩指令的分配比。
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