WO2014196406A1 - 電気自動車のスリップ制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a slip control device provided in an electric vehicle that is a vehicle that is driven only by a motor or a vehicle that includes both a motor and an internal combustion engine, and the torque is limited when a slip occurs during the traveling by the motor. It is related with the slip control apparatus which performs and eliminates a slip.
- the traction control device for a vehicle detects a slip amount of the drive wheel to prevent the drive wheel from slipping due to an excessive drive torque and stopping acceleration when the vehicle is accelerated, and the slip amount of the drive wheel is detected on the road surface. It is generally known that the engine output and the wheel braking force are limited so as to achieve a target slip amount corresponding to the friction coefficient (for example, Patent Document 1). That is, the slip amount is controlled by decreasing the engine output or increasing the braking force.
- Patent Document 2 the slip ratio ⁇ is obtained from the rotational speeds N1 and N2 of the driven wheel and the drive wheel. Then, the estimated torque Te generated by other external force such as the weight of the vehicle body acting on the vehicle is obtained by the disturbance observer. The total applied torque T acting on the drive wheels is obtained from the generated torque estimated value Te and the motor torque Tm, and the friction coefficient ⁇ between the road surface and the tire is estimated from the torque and the slip ratio ⁇ .
- the allowable maximum torque Tmax is obtained from the friction coefficient ⁇ and the load FZ in the vertical direction, and the torque is limited so as not to exceed it.
- Patent Document 1 is a technology applied to an automobile of an internal combustion engine. Since the response of the engine and the brake is poor, quick control is impossible.
- a driving force control device is applied to a vehicle driven by a motor on the premise of a conventional internal combustion engine, the motor is extremely responsive compared to an internal combustion machine, so that the driver feels uncomfortable due to over-response of the motor. End up.
- Patent Document 2 the slip control itself is excellent, but the system becomes redundant due to the calculation of the disturbance observer. Moreover, a load sensor is required for the drive wheel. For these reasons, the cost becomes high.
- An object of the present invention is to provide a slip control device for an electric vehicle that can reliably eliminate slipping during motor running with a simple configuration without causing unnecessary reduction in running performance.
- Maximum wheel speed calculating means 22 for calculating according to Drive wheel rotation number observation means 23 for observing a drive wheel rotation number N2 which is the rotation number of the drive wheel 7,
- Slip state determination means 24 for determining whether or not the observed drive wheel rotational speed N2 exceeds the drive wheel maximum rotational speed Nmax;
- the torque release means 26 for setting the torque command value to the motor 3 for driving the drive wheel 7 to zero.
- the “rotation speed” is the rotation speed per unit time and is synonymous with the rotation speed.
- the slip state determination means 24 determines whether or not the drive wheel rotation speed N2 exceeds the drive wheel maximum rotation speed Nmax calculated in this way. If it exceeds, it is determined that the slip ratio is larger than the ideal slip ratio ⁇ min. If determined in this way, the torque release means 26 sets the torque command value to the motor 3 that drives the drive wheels 7 to zero. The torque release means 26 is for setting the torque command value to zero during a slip. By making the torque of the drive wheel 7 zero, the slip can be surely eliminated.
- the drive wheel maximum rotation speed Nmax is determined from the driven wheel rotation speed N1, and the drive wheel maximum rotation speed Nmax is compared with the current drive wheel rotation speed N2, so that the slip ratio is larger than the ideal slip ratio ⁇ min. Since it is determined that it is large, slip determination can be performed with a simple configuration and calculation as compared with the case where a disturbance observer is provided, and the necessary accuracy of slip determination can be ensured. Further, only the rotation speed detection means 15 and 14 of the driven wheel 6 and the drive wheel 7 are required as the detection means, and no other sensor such as a load sensor is required, and the cost can be reduced also from this aspect. In this way, slip can be reliably eliminated with a simple configuration and without unnecessary reduction in travel speed.
- the drive wheel rotation speed N2 When it is determined by the slip state determination means 24 that the drive wheel rotation speed N2 does not exceed the drive wheel maximum rotation speed Nmax, the drive wheel rotation speed N2 is set to a value smaller than the drive wheel maximum rotation speed Nmax.
- Slip warning state determination means 25 for determining whether or not the warning state rotation speed Nc is exceeded; When it is determined by the slip warning state determination means 25 that the driving wheel rotational speed N2 has exceeded the warning state rotational speed Nc, torque reduction means 27 for reducing the torque command value for the motor 3 that drives the driving wheel 7 is provided. Further, it may be provided.
- the torque reduction means 27 is for reducing the torque command value in a warning state.
- the torque reduction means 27 may calculate the difference between the drive wheel rotation speed N2 and the drive wheel maximum rotation speed Nmax, and decrease the torque command value as the difference decreases.
- the torque reduction means 27 follows the non-linear curve A that defines the relationship between the difference and the ratio of the torque command value to the motor based on the torque command value from the accelerator. As the torque becomes smaller, the torque command value may be made smaller.
- An electric vehicle is the electric vehicle including the slip control device 20, and includes a plurality of the motors 3 and 3, and the slip state determination unit 25 and the torque release unit 27 include the It is provided for each motor 3.
- the drive wheel includes a pair of left and right drive wheels 7 and 7, and the driven wheel includes a pair of left and right driven wheels 6 and 6.
- the driven wheel rotational speed observation means 21 may use an average value of the rotational speed detection values of the pair of driven wheels 6 and 6 as the observed rotational speed. Instead, the driven wheel rotational speed observation means 21 is one of the pair of driven wheels 7, 7 out of the pair of driven wheels 6, 6, wherein the slip state determination means 24 determines the slip state.
- the rotation speed detection value of the driven wheel 6 located on the same side as the drive wheel 7 may be the observed rotation speed.
- the motor 3 may be the motor 3 constituting the in-wheel motor device 11.
- the in-wheel motor device 11 since each drive wheel 7 is individually motor-driven, the influence of slip is large. Therefore, the effect by the slip control is more effectively exhibited.
- FIG. 1 is a block diagram of a conceptual configuration of an electric vehicle drive device including an electric vehicle slip control device according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the specific example of the same electric vehicle drive device. It is a block diagram which shows the conceptual structure of the slip control apparatus in the same electric vehicle drive device. It is a flowchart which shows the control action of the slip control apparatus. It is a graph which shows the relationship between the difference and torque in the slip control apparatus. It is a graph which shows the relationship between the slip ratio and driving force in various states of the road surface.
- FIG. 1 shows an electric vehicle drive device provided with a slip control device according to this embodiment.
- the electric vehicle drive device includes a VCU (vehicle control unit) 1 and inverter devices 2 and 2.
- the VCU 1 is a computer-type electric control unit that performs integrated control and cooperative control of the entire vehicle, and is also referred to as “ECU”.
- the inverter devices 2 and 2 are devices that give drive currents to the plurality of motors 3 and 3 for traveling driving in accordance with the drive command sent from the VCU 1.
- the VCU 1 and the inverter devices 2 and 2 are connected so as to be able to transmit signals to each other by communication means such as CAN (Control Area Network) communication.
- CAN Control Area Network
- This figure shows an example in which the left and right wheels are applied to a vehicle driven by motors 3 and 3, respectively.
- the motor 3 is a synchronous motor or an induction motor driven by a three-phase alternating current.
- a torque command indicating the accelerator operation amount output from the accelerator operation sensor 4a is input to the VCU 1, and is distributed from the VCU 1 to the inverter devices 2 and 2 for the motors 3 and 3.
- FIG. 2 shows a specific example of the electric vehicle driving apparatus.
- This electric vehicle is a four-wheeled vehicle provided with driven wheels 6 and 6 as front wheels and driving wheels 7 and 7 as rear wheels on the vehicle body of the vehicle 5.
- each motor 3 constitutes an in-wheel motor drive device 11 together with the wheel bearing 9 and the speed reducer 10.
- the speed reducer 10 decelerates the rotational output of the motor 3 and transmits it to a rotating wheel (not shown) of the wheel bearing 9.
- the VCU 1 receives accelerator operation amount, brake operation amount, and handle operation amount signals from the accelerator operation sensor 4a of the accelerator 4, the brake operation sensor 12a of the brake 12, and the steering sensor 13a of the handle 13, respectively.
- the VCU 1 generates a torque command value to be distributed to the left and right motors 3 and 3 in accordance with the accelerator operation amount signal of the accelerator operation sensor 4a in consideration of the brake operation amount and handle operation amount signals.
- 2 and 2 are given.
- Each inverter device 2, 2 converts the DC power of the battery 8 into a motor drive current of AC power, and controls the motor drive current according to the torque command.
- the inverter devices 2 and 2 are respectively provided with electric vehicle slip control devices 20 and 20 according to this embodiment.
- these slip control apparatuses 20 and 20 may be provided in VCU1.
- FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of the inverter device 2, particularly the configuration of the slip control device 20.
- the inverter device 2 includes an inverter 17 that converts DC power of a battery (not shown) into three-phase AC power, and converts a torque command given from the VCU 1 into a current command to control the current output of the inverter 17.
- Torque control means 16 is provided.
- the torque control means 16 has control means such as vector control for measuring efficiency according to the rotation angle of the rotor (not shown) of the motor 3. For this vector control, the torque control means 16 is inputted with a detected value of the rotation angle of the rotation angle sensor 3 a provided in the motor 3.
- the inverter device 2 is also provided with a rotation speed conversion means 14a.
- This rotation speed conversion means 14a calculates the rotation speed of the drive wheel 7 by differentiating the rotation angle detection value of the rotation angle sensor 3a and dividing it by the deceleration rate of the speed reducer 10 (FIG. 2).
- the rotation speed conversion means 14a and the rotation angle sensor 3a constitute a rotation speed detection means 14.
- a rotation speed detecting means 14 'for detecting the rotation speed of the drive wheel 7 may be provided in the wheel bearing 10 (FIG. 2), for example.
- a rotational speed detection means 15 for detecting the rotational speed of the driven wheel 6 is provided, for example, on a wheel bearing (not shown) of the driven wheel 6.
- the torque control means 16 of the inverter device 2 is provided in a weak electric circuit portion constituted by a microcomputer and other electronic circuits.
- a slip control device 20 is provided in this weak electric circuit portion. Since the slip control devices 20 and 20 are provided for each of the drive wheels 7 and 7, the control by the slip control devices 20 and 20 is performed individually for the left and right drive wheels 7 and 7.
- This slip control device 20 is a device that performs the control shown in the flowchart in FIG.
- the slip control device 20 includes a driven wheel rotational speed observation means 21, a maximum rotational speed calculation means 22, a drive wheel rotational speed observation means 23, a slip state determination means 24, a torque release means 26, and a slip warning state determination means 25. And torque reduction means 27. Details of these means 21 to 27 will be described with reference to the flowchart of FIG.
- the rotational speed of the driven wheel 6 obtained from the rotational speed detection means 15 is constantly monitored, that is, observed (process S1).
- the observed rotational speed of the driven wheel 6 may be, for example, an average value of the rotational speed detection values of the left and right driven wheels 6 and 6, and the driven wheel 7 that performs slip control is on the same left and right side. It is good also as the rotation speed of the driving wheel 6.
- FIG. The means for performing the process S1 is the driven wheel rotational speed observation means 21.
- the current driving wheel maximum rotational speed Nmax is expressed by the following equation (1).
- Nmax ⁇ N1) / N1 ⁇ min (1)
- the slip ratio ⁇ of the driving wheel 7 with respect to the tire road surface is 0.15 regardless of whether it is a dry road surface, a wet road surface, or a frozen road surface.
- an ideal slip ratio ⁇ min is appropriately set in the vicinity of 0.15, and the drive wheel maximum rotation speed Nmax can be determined from the driven wheel rotation speed N1 according to the above equation (1).
- the means for performing the process (S2) of calculating the drive wheel maximum rotational speed Nmax in this way is the maximum rotational speed calculating means 22.
- the drive wheel rotation speed N2 is a number obtained from the rotation speed detection means 14 composed of the rotation angle sensor 3a and the rotation speed conversion means 14a as described above, or directly detects the rotation speed of the drive wheel 7. It may be the number obtained from the rotational speed detection means 14 '.
- the means for performing the process (S3) for observing the drive wheel rotational speed N2 in this way is the drive wheel rotational speed observation means 23.
- the means for performing the determination process (S4) is the slip state determination means 24.
- the slip state determination means 24 determines that the drive wheel rotation speed N2 exceeds the drive wheel maximum rotation speed Nmax, the slip ratio is estimated to be larger than the ideal slip ratio. And if it estimates in this way, the command value of the torque given to the motor 3 which drives the drive wheel 7 will be set to zero (S5). Specifically, the torque command value input to the torque control unit 16 is set to zero, or the current command output from the torque control unit 16 is set to zero.
- the means for performing the process of setting the torque command value to zero (S5) is the torque releasing means 26.
- the torque command value of the motor 3 is set to zero, so that the slip can be reliably eliminated.
- the drive wheel maximum rotation speed Nmax is determined from the driven wheel rotation speed N1, and compared with the current drive wheel rotation speed N2, it is determined that the slip ratio is larger than the ideal slip ratio.
- slip determination can be performed with a simple configuration and calculation, and the necessary accuracy of slip determination can be ensured.
- the detecting means only the rotational speed detecting means 15, 14, (14 ') of the driven wheel 6 and the driving wheel 7 are required, and a load sensor or the like is not necessary, and the cost can be reduced also from this aspect. In this way, the slip can be reliably eliminated with a simple configuration without causing unnecessary reduction in running performance.
- the drive wheel rotational speed N2 is in a warning state. It is also possible to determine whether or not a warning state rotational speed Nc set to a value smaller than the maximum driving wheel rotational speed Nmax has been exceeded. In other words, it may be determined whether the drive wheel rotation speed N2 has approached the drive wheel maximum rotation speed Nmax to some extent.
- the means for performing the determination process in this process (S4) is the slip warning state determination means 25.
- step 4 If it is determined that the vehicle is not in a warning state, it is a safe state in which there is almost no possibility of slipping, and without returning to the torque change process (S8), the process returns to the start and starts again from the first step S1. Repeat step 4.
- the torque command value of the motor 3 that drives the drive wheel 7 is decreased. Specifically, the torque command value input to the torque control means 16 is reduced, or the current command output from the torque control means 16 is reduced (S7).
- step (S7) more specifically, the difference between the drive wheel rotation speed N2 and the drive wheel maximum rotation speed Nmax is calculated, and a torque command value corresponding to this difference is output. Specifically, the torque command value is decreased as the difference decreases.
- the torque command value is decreased as the difference decreases.
- FIG. 4 it follows a non-linear curve A that defines the relationship between the difference and the ratio of the torque command value to the motor based on the torque command from the accelerator. Regarding the relationship defined by the curve A, the proportion is smaller as the difference is smaller.
- the ratio becomes zero when the difference becomes zero, and the ratio of the torque increases as the difference increases. However, the increase becomes small, and the difference deviates from the alert state (the difference is Nmax). When it becomes larger than -Nc), the curve is such that the torque ratio becomes 100%.
- the curve A is a continuous line (differentiable at an arbitrary point) from the point where the difference is zero and the torque ratio is zero to the point where the torque is 100%.
- the means for performing the process (S7) is the torque reducing means 27.
- the torque of the motor 3 is reduced to some extent in advance, so that the vehicle body when the torque is reduced to zero due to the occurrence of slip.
- the shock and / or vibration of the vehicle is reduced, and the uncomfortable feeling that occurs to the driver can be reduced.
- the slip control device according to this embodiment is applied to a vehicle having the in-wheel motor device 11.
- each drive wheel 7 is individually motor-driven. A large impact. Therefore, the effect by the slip control by the slip control device according to this embodiment is more effectively exhibited.
- the slip control device for an electric vehicle is not limited to the in-wheel motor type, and can also be applied to an electric vehicle of a type that transmits rotation from the motor 3 installed on the vehicle body to the drive wheels 7 via the drive shaft. .
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Abstract
スリップの解消を、簡単な構成で、無駄な走行速度低下を伴うことなく、確実に行えるようにする、電気自動車のスリップ制御装置を提供する。従動輪の回転数N1と理想のスリップ率λminとから、駆動輪最大回転数Nmaxを、次式、(Nmax-N1)/N1=λmin、に従って、最大輪回転数計算手段22で計算する。駆動輪回転数N2が駆動輪最大回転数Nmaxを超えたか否かを判定する。駆動輪最大回転数Nmaxを超えたと判定されると、モータ3へのトルク指令値を零とする。
Description
本出願は、2013年6月3日出願の特願2013-116726の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
この発明は、モータのみの駆動で走行する車両や、モータと内燃機関との両方を備える車両である電気自動車に設けられたスリップ制御装置であって、モータによる走行中のスリップ発生時におけるトルク制限を行い、スリップを解消させるスリップ制御装置に関する。
車両のトラクション制御装置は、車両の加速時に駆動輪が過大駆動トルクによりスリップして加速性が停止することを防止するために、駆動輪のスリップ量を検出し、この駆動輪のスリップ量が路面の摩擦係数に対応する目標スリップ量となるように、エンジン出力や車輪制動力を制限するものとして、一般に知られている(例えば、特許文献1)。すなわち、エンジン出力を低下させるか、またはブレーキ力を増大させてスリップ量を制御する。
また、スリップ制御を行う電気自動車として、次の技術が提案されている(特許文献2)。この提案では、従動輪と駆動輪の回転数N1,N2から、スリップ率λを求める。そして、外乱オブザーバによって、車両に作用する車体重量等の、その他外力による発生トルク推定値Teを求める。発生トルク推定値TeやモータトルクTmから駆動輪に作用する全体の作用トルクTを求め、そのトルクとスリップ率λから、路面・タイヤ間の摩擦係数μを推定する。この摩擦係数μと上下方向の荷重FZから、許容最大トルクTmaxを求めて、これを超えないようにトルク制限を行う。
特許文献1は内燃機関の自動車に適用する技術であり、エンジンとブレーキの応答性が悪いので、速やかな制御が不可能である。従来の内燃機関を前提として駆動力制御装置を、モータによって駆動される車両に適用すると、モータは内燃機械に比べて応答性が極めて高いので、モータの過応答によって運転者に違和感を生じさせてしまう。
特許文献2は、スリップ制御の制御自体は優れているが、外乱オブザーバの計算によりシステムが冗長化してしまう。また、駆動輪に荷重センサが必要となる。これらのため、コスト高になる。
この発明の目的は、モータ走行時のスリップの解消を、簡単な構成で、無駄な走行性低下を伴うことなく、確実に行える、電気自動車のスリップ制御装置を提供することである。
以下、便宜上理解を容易にするために、実施形態の符号を参照して説明する。
この発明の一構成に係るスリップ制御装置は、駆動輪7を回転駆動する電動のモータ3を少なくとも1つ備えた車両である電気自動車に設けられ、当該電気自動車のスリップ制御を行うスリップ制御装置20であって、
従動輪6の回転数を観測する従動輪回転数観測手段21と、
この観測した従動輪6の現在の回転数N1と設定された理想のスリップ率λminとから、現在の駆動輪最大回転数Nmaxを、次式(Nmax-N1)/N1=λmin
に従って計算する最大輪回転数計算手段22と、
前記駆動輪7の回転数である駆動輪回転数N2を観測する駆動輪回転数観測手段23と、
この観測した駆動輪回転数N2が前記駆動輪最大回転数Nmaxを超えたか否かを判定するスリップ状態判定手段24と、
このスリップ状態判定手段24により駆動輪回転数N2が駆動輪最大回転数Nmaxを超えたと判定されると、前記駆動輪7を駆動するモータ3へのトルクの指令値を零とするトルク解除手段26、
とを備える。
なお、この明細書で言う「回転数」とは、単位時間当たりの回転数であり、回転速度と同義である。
従動輪6の回転数を観測する従動輪回転数観測手段21と、
この観測した従動輪6の現在の回転数N1と設定された理想のスリップ率λminとから、現在の駆動輪最大回転数Nmaxを、次式(Nmax-N1)/N1=λmin
に従って計算する最大輪回転数計算手段22と、
前記駆動輪7の回転数である駆動輪回転数N2を観測する駆動輪回転数観測手段23と、
この観測した駆動輪回転数N2が前記駆動輪最大回転数Nmaxを超えたか否かを判定するスリップ状態判定手段24と、
このスリップ状態判定手段24により駆動輪回転数N2が駆動輪最大回転数Nmaxを超えたと判定されると、前記駆動輪7を駆動するモータ3へのトルクの指令値を零とするトルク解除手段26、
とを備える。
なお、この明細書で言う「回転数」とは、単位時間当たりの回転数であり、回転速度と同義である。
駆動輪7のタイヤの路面に対するスリップ率λは、乾燥している路面、濡れている路面、および凍結している路面のいずれであっても、略0.15のところにグリップ率が最大となる値が存在する。したがって、この0.15の付近に理想のスリップ率λminを適宜設定すると、次式
(Nmax-N1)/N1=λmin
に従って、従動輪回転数N1から駆動輪最大回転数Nmaxを定めることができる。
(Nmax-N1)/N1=λmin
に従って、従動輪回転数N1から駆動輪最大回転数Nmaxを定めることができる。
前記スリップ状態判定手段24は、このように計算した駆動輪最大回転数Nmaxを駆動輪回転数N2が超えたか否かを判定する。超えていると、スリップ率が理想のスリップ率λminよりも大きいと判定される。このように判定されると、トルク解除手段26は、駆動輪7を駆動するモータ3へのトルクの指令値を零とする。トルク解除手段26は、スリップ時にトルクの指令値を零にするものである。駆動輪7のトルクを零とすることで、確実なスリップの解消が行える。
上記のように従動輪回転数N1から駆動輪最大回転数Nmaxを定め、この駆動輪最大回転数Nmaxと現在の駆動輪回転数N2とを比較して、スリップ率が理想のスリップ率λminよりも大きいことの判定を行うので、外乱オブザーバを設ける場合に比べて簡単な構成および演算によりスリップ判定が行え、スリップ判定の精度も必要な程度は確保できる。また、検出手段として従動輪6および駆動輪7の回転数検出手段15,14だけで済み、荷重センサのような他のセンサが不要であり、この面からもコスト低下が図れる。
このように、スリップの解消を、簡単な構成で、無駄な走行速度低下を伴うことなく、確実に行える。
このように、スリップの解消を、簡単な構成で、無駄な走行速度低下を伴うことなく、確実に行える。
前記スリップ状態判定手段24により駆動輪回転数N2が前記駆動輪最大回転数Nmaxを超えていないと判定された場合に、駆動輪回転数N2が前記駆動輪最大回転数Nmaxよりも小さい値に設定された警戒状態回転数Ncを超えたか否かを判定するスリップ警戒状態判定手段25と、
このスリップ警戒状態判定手段25により駆動輪回転数N2が警戒状態回転数Ncを超えたと判定されると、前記駆動輪7を駆動するモータ3に対するトルクの指令値を低下させるトルク低下手段27とをさらに備えても良い。トルク低下手段27は、警戒状態時にトルクの指令値を低下させるものである。
このスリップ警戒状態判定手段25により駆動輪回転数N2が警戒状態回転数Ncを超えたと判定されると、前記駆動輪7を駆動するモータ3に対するトルクの指令値を低下させるトルク低下手段27とをさらに備えても良い。トルク低下手段27は、警戒状態時にトルクの指令値を低下させるものである。
このように、スリップが発生していなくても、スリップが発生しそうな警戒状態になると、事前にモータのトルクをある程度低下させておくことで、スリップの発生によりトルクを零にしたときの車体のショックおよび/または振動が低減され、運転者に生じる違和感を緩和できる。
前記トルク低下手段27は、駆動輪回転数N2と前記駆動輪最大回転数Nmaxの差分を計算し、差分が小さくなるに従って前記トルクの指令値を小さくするようにしても良い。
例えば、前記トルク低下手段27は、前記差分と、アクセルからのトルク指令値を基準とした、前記モータへのトルクの指令値の割合との関係を定めた非線形な曲線Aに従うことで、前記差分が小さくなるに従って、前記トルクの指令値を小さくしてもよい。
例えば、前記トルク低下手段27は、前記差分と、アクセルからのトルク指令値を基準とした、前記モータへのトルクの指令値の割合との関係を定めた非線形な曲線Aに従うことで、前記差分が小さくなるに従って、前記トルクの指令値を小さくしてもよい。
駆動輪7の回転数が駆動輪最大回転数Nmaxに近づけば近づく程、スリップが生じる可能性が高い。そのため、駆動輪最大回転数Nmaxに近づけば、早く安全領域に戻るようにトルクを大きく低減させる。そうすることで、例え駆動輪最大回転数Nmaxを超えてトルク解除手段26がトルクを零にしても、警戒状態でトルクを大幅に減らしてあるので、急激なトルク変動がなく、車体の振動が小さい。
この発明の一構成に係る電気自動車は、前記スリップ制御装置20を備えた前記電気自動車であって、前記モータ3,3を複数備え、前記スリップ状態判定手段25および前記トルク解除手段27が、前記モータ3ごとに設けられている。
好ましい実施形態においては、前記駆動輪は、左右の1対の駆動輪7,7を含み、前記従動輪は、左右の1対の従動輪6,6を含む。前記従動輪回転数観測手段21は、前記1対の従動輪6,6の回転数検出値の平均値を、前記観測した回転数としてもよい。代わりに、前記従動輪回転数観測手段21は、前記1対の従動輪6,6のうち、前記スリップ状態判定手段24がスリップ状態を判定する、前記1対の駆動輪7,7の一方の駆動輪7と同一側に位置する従動輪6の回転数検出値を、前記観測した回転数としてもよい。
前記モータ3は、インホイールモータ装置11を構成するモータ3であっても良い。
インホイールモータ装置11のでは、各駆動輪7が個別にモータ駆動されるので、スリップの影響が大きい。そのため、前記スリップ制御による効果が、より効果的に発揮される。
インホイールモータ装置11のでは、各駆動輪7が個別にモータ駆動されるので、スリップの影響が大きい。そのため、前記スリップ制御による効果が、より効果的に発揮される。
請求の範囲および/または明細書および/または図面に開示された少なくとも2つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の2つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
この発明の一実施形態に係る、電気自動車のスリップ制御装置を備えた電気自動車駆動装置の概念構成のブロック図である。
同電気自動車駆動装置の具体例を示すブロック図である。
同電気自動車駆動装置におけるスリップ制御装置の概念構成を示すブロック図である。
同スリップ制御装置の制御動作を示す流れ図である。
同スリップ制御装置における差分とトルクの関係を示すグラフである。
路面の様々な状態におけるスリップ率と駆動力の関係を示すグラフである。
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。図1は、この実施形態に係るスリップ制御装置を備えた電気自動車駆動装置を示す。この電気自動車駆動装置は、VCU(車両制御ユニット)1と、インバータ装置2,2とを備える。VCU1は、車両の全体の統合制御,協調制御をするコンピュータ式の電気制御ユニットであり、「ECU」とも呼ばれる。インバータ装置2,2は、VCU1から送られた駆動指令に応じ、走行駆動用の複数のモータ3,3それぞれに駆動電流を与える装置である。VCU1とインバータ装置2,2とは、CAN(コントロールエリアネットワーク)通信のような通信手段によって相互に信号伝達可能に接続されている。同図は、左右2輪をそれぞれモータ3,3で駆動する車両に適用した例である。モータ3は、この例では3相交流で駆動される同期モータまたは誘導モータからなる。アクセル操作センサ4aから出力されたアクセル操作量を示すトルク指令は、VCU1に入力され、このVCU1から各モータ3,3に対するインバータ装置2,2に分配して与えられる。
図2は、前記電気自動車駆動装置の具体例を示す。この電気自動車は、車両5の車体に、前輪となる従動輪6,6、および後輪となる駆動輪7,7を備えた4輪の車両である。この例では、各モータ3は、車輪用軸受9および減速機10と共に、インホイールモータ駆動装置11を構成する。減速機10は、モータ3の回転出力を減速して車輪用軸受9の回転輪(図示せず)に伝達する。
VCU1には、アクセル4のアクセル操作センサ4a、ブレーキ12のブレーキ操作センサ12a、およびハンドル13の操舵センサ13aから、それぞれ、アクセル操作量、ブレーキ操作量、およびハンドル操作量の信号が入力される。VCU1は、アクセル操作センサ4aのアクセル操作量の信号に従い、前記ブレーキ操作量およびハンドル操作量の信号を加味して左右の各モータ3,3に分配すべきトルク指令値を生成し、各インバータ装置2,2に与える。各インバータ装置2,2は、バッテリ8の直流電力を交流電力のモータ駆動電流に変換すると共に、前記トルク指令に従って前記モータ駆動電流を制御する。
この各インバータ装置2,2に、この実施形態に係る、電気自動車のスリップ制御装置20,20がそれぞれ設けられている。なお、これらスリップ制御装置20,20は、VCU1に設けられていても良い。
図3は、前記インバータ装置2の構成、特にスリップ制御装置20の構成を示した機能ブロック図である。インバータ装置2には、バッテリ(図示せず)の直流電力を3相の交流電力に変換するインバータ17と、VCU1から与えられたトルク指令を電流指令に変換してインバータ17の電流出力を制御するトルク制御手段16とが設けられている。トルク制御手段16は、モータ3のロータ(図示せず)の回転角度に応じた効率化を測るベクトル制御のような制御手段を有する。このベクトル制御のために、トルク制御手段16には、モータ3に設けられた回転角センサ3aの回転角度の検出値が入力される。
インバータ装置2には、また、回転数換算手段14aが設けられている。この回転数換算手段14aは、回転角センサ3aの回転角検出値を微分して、それを減速機10(図2)の減速率で除することで、駆動輪7の回転数を計算する。この回転数換算手段14aと前記回転角センサ3aとで回転数検出手段14が構成される。なお、回転角センサ3aとは別に、駆動輪7の回転速度を検出する回転数検出手段14′を、例えば車輪用軸受10(図2)に設けても良い。図3において、従動輪6に対しては、この従動輪6の回転数を検出する回転数検出手段15が、例えばその従動輪6の車輪用軸受(図示せず)に設けられている。
インバータ装置2の前記トルク制御手段16は、マイクロコンピュータやその他の電子回路で構成される弱電回路部分に設けられている。この弱電回路部分に、スリップ制御装置20が設けられている。スリップ制御装置20,20は、駆動輪7,7ごとに設けられているため、それらスリップ制御装置20,20による制御は、左右の駆動輪7,7につき個別に行われる。
このスリップ制御装置20は、図4に流れ図で示す制御を行う装置である。図3において、スリップ制御装置20は、従動輪回転数観測手段21、最大回転数計算手段22、駆動輪回転数観測手段23、スリップ状態判定手段24、トルク解除手段26、スリップ警戒状態判定手段25、およびトルク低下手段27を有する。これらの各手段21~27の詳細を図4の流れ図と共に説明する。
まず、回転数検出手段15から得られる従動輪6の回転数を常に監視、すなわち観測する(過程S1)。この観測される従動輪6の回転数は、例えば左右両側の従動輪6,6の回転数検出値の平均値としても良く、また、スリップ制御を行う駆動輪7と左右の同じ側にある従動輪6の回転数としても良い。この過程S1の処理を行う手段が、従動輪回転数観測手段21である。
このように得られた従動輪6の現在の回転数N1と予め設定された理想のスリップ率λminとから、現在の駆動輪最大回転数Nmaxを、次式(1)
(Nmax-N1)/N1=λmin …(1)
に従って計算する(S2)。理想のスリップ率λminは、例えば0.14~0.16の範囲で任意に定めた値とする。この例ではλmin=0.15である。
(Nmax-N1)/N1=λmin …(1)
に従って計算する(S2)。理想のスリップ率λminは、例えば0.14~0.16の範囲で任意に定めた値とする。この例ではλmin=0.15である。
駆動輪7のタイヤの路面に対するスリップ率λは、図6に例を示すように、乾燥している路面、濡れている路面、および凍結している路面のいずれであっても、0.15のところにグリップ率が最大となる値が存在する。したがって、この0.15の付近に理想のスリップ率λminを適宜設定し、上記の式(1) に従って、従動輪回転数N1から駆動輪最大回転数Nmaxを定めることができる。
このように駆動輪最大回転数Nmaxを計算する過程(S2)の処理を行う手段が、前記最大回転数計算手段22である。
このように駆動輪最大回転数Nmaxを計算する過程(S2)の処理を行う手段が、前記最大回転数計算手段22である。
この駆動輪最大回転数Nmaxの計算の後、または計算中か計算前に、前記駆動輪7の回転数である駆動輪回転数N2を観測して得る(S3)。駆動輪回転数N2は、上記のように回転角センサ3aと回転数換算手段14aとでなる回転数検出手段14から得た数であっても、また直接に駆動輪7の回転数を検出する回転数検出手段14′から得た数であっても良い。
このように駆動輪回転数N2を観測する過程(S3)の処理を行う手段が、駆動輪回転数観測手段23である。
このように駆動輪回転数N2を観測する過程(S3)の処理を行う手段が、駆動輪回転数観測手段23である。
次に、この観測した駆動輪回転数N2を駆動輪最大回転数Nmaxと比較し、駆動輪最大回転数Nmaxを超えたか否かを判定する(S4)。この判定過程(S4)の処理を行う手段が前記スリップ状態判定手段24である。
このスリップ状態判定手段24により、駆動輪回転数N2が駆動輪最大回転数Nmaxを超えていると範囲された場合は、スリップ率が理想のスリップ率よりも大きいと推定される。そして、このように推定されると、駆動輪7を駆動するモータ3に与えるトルクの指令値を零とする(S5)。具体的には、トルク制御手段16に入力するトルク指令値を零とするか、またはトルク制御手段16から出力する電流指令を零とする。
このトルクの指令値を零とする処理(S5)を行う手段が、トルク解除手段26である。
このトルクの指令値を零とする処理(S5)を行う手段が、トルク解除手段26である。
このように、スリップ率が理想のスリップ率よりも大きいと推定されると、モータ3のトルクの指令値を零とするため、確実なスリップの解消が行える。また、上記のように従動輪回転数N1から駆動輪最大回転数Nmaxを定め、現在の駆動輪回転数N2と比較して、スリップ率が理想のスリップ率よりも大きいことの判定を行うので、外乱オブザーバを設ける場合に比べて簡単な構成および演算によりスリップ判定が行え、スリップ判定の精度も必要な程度は確保できる。検出手段としても、従動輪6および駆動輪7の回転数検出手段15,14,(14′)だけで済み、荷重センサ等が不要であり、この面からもコスト低下が図れる。
このように、スリップの解消を、簡単な構成で、無駄な走行性低下を伴うことなく、確実に行える。
このように、スリップの解消を、簡単な構成で、無駄な走行性低下を伴うことなく、確実に行える。
前記駆動輪回転数N2と駆動輪最大回転数Nmaxとの比較の過程(S4)で駆動輪最大回転数Nmaxを超えていないと判定された場合は、前記駆動輪回転数N2が警戒状態であるか否か、つまり前記駆動輪最大回転数Nmaxよりも小さい値に設定された警戒状態回転数Ncを超えたか否かを判定してもよい。換言すれば、駆動輪回転数N2が駆動輪最大回転数Nmaxに対して、ある程度近づいたか否かを判定してもよい。警戒状態回転数Ncは、例えば、駆動輪最大回転数Nmaxに対して、従動輪回転数N1の10%だけ小さい回転数とする。
すなわち、警戒状態回転数Nc=駆動輪最大回転数Nmax - (従動輪回転数×10%)とする。
この過程(S4)の判定処理を行う手段が、スリップ警戒状態判定手段25である。
すなわち、警戒状態回転数Nc=駆動輪最大回転数Nmax - (従動輪回転数×10%)とする。
この過程(S4)の判定処理を行う手段が、スリップ警戒状態判定手段25である。
警戒状態ではないと判定された場合は、スリップの可能性がほとんどない安全状態であり、トルク変更の処理を行うことなく(S8)、リターンしてスタートに戻り、最初の過程S1から再度、図4のルーチンを繰り返す。
警戒状態にあると判定された場合、つまり駆動輪回転数N2が警戒状態回転数Ncを超えていると判定されると、駆動輪7を駆動するモータ3のトルクの指令値を低下させる。具体的には、トルク制御手段16に入力するトルク指令値を低下させるか、またはトルク制御手段16から出力する電流指令を低下させる(S7)。
この過程(S7)では、より具体的には、駆動輪回転数N2と駆動輪最大回転数Nmaxの差分を計算し、この差分に応じたトルク指令値を出力する。具体的には差分が小さくなるほど前記トルクの指令値を小さくする。例えば、図4に示すように、前記差分と、アクセルからのトルク指令を基準とした、モータへのトルク指令値の割合との関係を定めた非線形な曲線Aに従う。この曲線Aの定めた関係は、前記差分が小さいほど、前記割合が小さい。
この曲線Aは、差分が零になると前記割合を零とし、差分が大きくなるに従って前記トルクの割合が大きくなるが、その大きくなる変化は小さくなり、前記差分が前記警戒状態を外れる(差分がNmax-Ncよりも大きくなる)と、前記トルクの割合が100%となる曲線とする。また、この曲線Aは、差分が零、前記トルクの割合が零となる点から、トルクを100%とする点まで、連続した線(任意点で微分可能)からなる。
この過程(S7)の処理を行う手段が、前記トルク低下手段27である。
この過程(S7)の処理を行う手段が、前記トルク低下手段27である。
このように、スリップが発生していなくても、スリップが発生しそうな警戒状態になると、事前にモータ3のトルクをある程度低下させておくことで、スリップの発生によりトルクを零にしたときの車体のショックおよび/または振動が低減され、運転者に生じる違和感を緩和できる。
駆動輪7の回転数が駆動輪最大回転数Nmaxに近づけば近づく程、スリップが生じる可能性が高い。そのため、駆動輪最大回転数Nmaxに近づけば、早く安全領域に戻るように、前記曲線Aに示すように、トルクを大きく低減させる。そうすることで、例え駆動輪最大回転数Nmaxを超えてトルク解除手段26がトルクを零にしても、警戒状態でトルクを大幅に減らしてあるので、急激なトルク変動がなく、車体の振動が小さい。
また、この実施形態に係るスリップ制御装置を、インホイールモータ装置11を有する車両に適用するものとしたが、インホイールモータ装置11では、各駆動輪7が個別にモータ駆動されるので、スリップの影響が大きい。そのため、この実施形態に係るスリップ制御装置によるスリップ制御による効果が、より効果的に発揮される。
なお、この電気自動車のスリップ制御装置は、インホイールモータ形式に限らず、車体に設置されたモータ3から駆動軸を介して駆動輪7に回転伝達する形式の電気自動車にも適用することができる。
3…モータ
6…従動輪
7…駆動輪
14(14′)…回転数検出手段
15…回転数検出手段
21…従動輪回転数観測手段
22…最大輪回転数計算手段
23…駆動輪回転数観測手段
24…スリップ状態判定手段
26…トルク解除手段
6…従動輪
7…駆動輪
14(14′)…回転数検出手段
15…回転数検出手段
21…従動輪回転数観測手段
22…最大輪回転数計算手段
23…駆動輪回転数観測手段
24…スリップ状態判定手段
26…トルク解除手段
Claims (8)
- 駆動輪を回転駆動する電動のモータを少なくとも1つ備えた車両である電気自動車に設けられ、当該電気自動車のスリップ制御を行うスリップ制御装置であって、
従動輪の回転数を観測する従動輪回転数観測手段と、
この観測した従動輪の現在の回転数N1と設定された理想のスリップ率λとから、現在の駆動輪最大回転数Nmaxを、次式
(Nmax-N1)/N1=λ
に従って計算する最大輪回転数計算手段と、
前記駆動輪の回転数である駆動輪回転数N2を観測する駆動輪回転数観測手段と、
この観測した駆動輪回転数N2が前記駆動輪最大回転数Nmaxを超えたか否かを判定するスリップ状態判定手段と、
このスリップ状態判定手段により駆動輪回転数N2が駆動輪最大回転数Nmaxを超えたと判定されると、前記駆動輪を駆動するモータへのトルクの指令値を零とするトルク解除手段、
とを備えた電気自動車のスリップ制御装置。 - 請求項1に記載の電気自動車のスリップ制御装置において、さらに、
前記スリップ状態判定手段により駆動輪回転数N2が前記駆動輪最大回転数Nmaxを超えていないと判定された場合に、駆動輪回転数N2が前記駆動輪最大回転数Nmaxよりも小さい値に設定された警戒状態回転数Ncを超えたか否かを判定するスリップ警戒状態判定手段と、
このスリップ警戒状態判定手段により駆動輪回転数N2が警戒状態回転数Ncを超えたと判定されると、前記駆動輪を駆動するモータに対するトルクの指令値を低下させるトルク低下手段、
とを備えた電気自動車のスリップ制御装置。 - 請求項2に記載の電気自動車のスリップ制御装置において、前記トルク低下手段は、駆動輪回転数N2と前記駆動輪最大回転数Nmaxの差分を計算し、差分が小さくなるに従って前記トルクの指令値を小さくする電気自動車のスリップ制御装置。
- 請求項3に記載の電気自動車のスリップ制御装置において、前記トルク低下手段は、前記差分と、アクセルからのトルク指令値を基準とした、前記モータへのトルクの指令値の割合との関係を定めた非線形な曲線に従うことで、前記差分が小さくなるに従って、前記トルクの指令値を小さくする電気自動車のスリップ制御装置。
- 請求項1ないし請求項4に記載のスリップ制御装置を備えた前記電気自動車であって、
前記モータを複数備え、
前記スリップ状態判定手段および前記トルク解除手段が、前記モータごとに設けられている、電気自動車。 - 請求項5に記載の電気自動車において、
前記駆動輪は、左右の1対の駆動輪を含み、
前記従動輪は、左右の1対の従動輪を含み、
前記従動輪回転数観測手段は、前記1対の従動輪の回転数検出値の平均値を、前記観測した回転数とする、電気自動車。 - 請求項5に記載の電気自動車において、
前記駆動輪は、左右の1対の駆動輪を含み、
前記従動輪は、左右の1対の従動輪を含み、
前記従動輪回転数観測手段は、前記1対の従動輪のうち、前記スリップ状態判定手段がスリップ状態を判定する、前記1対の駆動輪の一方の駆動輪と同一側に位置する従動輪の回転数検出値を、前記観測した回転数とする、電気自動車。 - 請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の電気自動車において、前記モータは、それぞれ、インホイールモータ装置を構成するモータである電気自動車。
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