特開 2024-172366 車両の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172366

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】車両の制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60L 15/20 20060101AFI20241205BHJP

   B60G 17/015 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

B60L15/20 S

B60G17/015 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090033

(22)【出願日】2023-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】390029805

【氏名又は名称】ＴＨＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000958

【氏名又は名称】弁理士法人インテクト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100120237

【弁理士】

【氏名又は名称】石橋 良規

(72)【発明者】

【氏名】西出 哲弘

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 義仁

(72)【発明者】

【氏名】見波 敏郎

(72)【発明者】

【氏名】釜田 忍

【テーマコード（参考）】

3D301

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D301AA13

3D301AA48

3D301BA20

3D301CA11

3D301CA50

3D301DA08

3D301DA34

3D301DA37

3D301DA39

3D301DB50

3D301EA05

3D301EA78

3D301EB13

3D301EB38

3D301EC01

3D301EC05

5H125AA01

5H125AB01

5H125AC12

5H125BA05

5H125BA06

5H125CA02

5H125EE08

5H125EE51

5H125EE52

5H125FF02

(57)【要約】

【課題】インホイールモータ形式の車両において、タイヤ非接地状態でのキングピン周りの反転モーメントを抑制し、車両振動を低減することができる車両の制御方法を提供する。
【解決手段】車輪内にインホイールモータを有する車両の制御方法において、前記車輪が非接地状態か否かを判定する接地状態判定工程と、前記接地状態判定工程において、前記車輪が非接地であると判定された場合に前記インホイールモータのトルク制御を行うトルク制御工程とを有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車輪内にインホイールモータを有する車両の制御方法において、
前記車輪が非接地状態か否かを判定する接地状態判定工程と、
前記接地状態判定工程において、前記車輪が非接地であると判定された場合に前記インホイールモータのトルク制御を行うトルク制御工程とを有することを特徴とする車両の制御方法。

【請求項2】

請求項１に記載の車両の制御方法において、
前記トルク制御工程は、前記インホイールモータのトルクをゼロとすることを特徴とする車両の制御方法。

【請求項3】

請求項２に記載の車両の制御方法において、
前記トルク制御工程は、前記車輪が接地状態に移行する際に前記インホイールモータのトルクを徐々に増加させることを特徴とする車両の制御方法。

【請求項4】

請求項１に記載の車両の制御方法において、
前記車両は、前輪がオンボードモータによって駆動され、後輪が前記インホイールモータによって駆動されることを特徴とする車両の制御方法。

【請求項5】

請求項４に記載の車両の制御方法において、
前記トルク制御工程は、前記インホイールモータのトルクをゼロにし、前記オンボードモータのトルクを増加させることを特徴とする車両の制御方法。

【請求項6】

請求項１に記載の車両の制御方法において、
少なくとも前記接地状態判定工程は、前記車両の走行速度および前記車輪の回転速度から前記車輪の接地状態を判定すること、前記車両から路面までの距離および前記車輪が懸架されるサスペンションのストローク量から前記車輪の接地状態を判定すること、又は前記車輪の角速度から前記車輪の接地状態を判定することのいずれかであることを特徴とする車両の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両の制御方法に関し、特に、インホイールモータの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、車両の走行に伴って発生する種々の外力等の影響による操縦安定性や乗り心地の改善を目的として、車両の運動制御を行うことが行われている。このような車両の運動制御は、与えられる外力の要因によって種々の制御方法が知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に記載された車両の運動制御装置は、車両に発生するヨーモーメントを抑制し、車両の操縦安定性を向上させることを目的として、左右の前輪及び後輪を備える車両の前輪のキングピン軸周りに発生するモーメントであるキングピン軸モーメントを取得する取得手段と、キングピン軸モーメントを打ち消す反キングピン軸モーメントを発生させるための前輪の接地荷重量を算出する算出手段と、接地荷重量に基づいて前輪の接地荷重制御を行う制御手段とを有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００９－１３２１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、車両をモータなどの電動機で駆動する電気自動車（ＥＶ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）については、従来の内燃機関を搭載した車両と同様に車体にモータを搭載し、電動機の回転力を各車輪に伝えて駆動力を得る所謂オンボードモータ形式の他、車輪のホイールにモータを収納して車輪を駆動させる所謂インホイールモータ形式が知られている。

【0006】

このようなインホールモータ形式の電気自動車は、電動機の駆動力の多くが車輪へ直接伝達されるために、従来型のギヤ駆動軸などによるエネルギ損失が少なくなることに加え、車体にこれらのギヤや駆動軸などを配置する必要がなくなることにより、車体重量の低減や、車室容積の確保を容易に行うことができるという種々の利点を有している。

【0007】

しかし、インホイールモータ形式の電気自動車は、車輪内にモータを収納していることで、車輪の重量が増加し、所謂バネ下荷重の増加による乗り心地と操縦性の低下を招くことが知られている。特に、本発明者らの鋭意検討によって、インホイールモータ形式の電気自動車は、走行時に凹凸の大きな路面を走行するときなど、タイヤが非接地状態にある場合にキングピン周りにトーイン又はトーアウトモーメントが発生することで、車輪がキングピン周りに振動し、当該振動が車両に伝わることで、車両振動が悪化することが判明した。

【0008】

この車両振動のメカニズムについて詳述すると、内燃機関を搭載した車両やオンボードモータ形式の車両の場合、図６（ｂ）に示すように、モータ反力によるトルクＲを車体で受けているため、非接地状態となって駆動力によるトルクＭが無くなった場合であってもモータ反力によるトルクＲに起因する振動の発生がないが、インホイールモータ形式の場合、図６（ａ）に示すように、モータ反力によるトルクＲがナックル回りに発生するため、接地状態では、駆動力によるトルクＭとモータ反力によるトルクＲがつり合っていたしたのに対し、非接地状態となると駆動力によるトルクＭがなくなることで、タイヤ回転上昇時のモータ反力によって加振される。

【0009】

すなわち、図７（ａ）に示すように、インホイールモータ形式の車両の場合、タイヤ接地状態では、ナックルのキングピン周りのモーメントとして、キングピン角度をθ、ホイールセンキングピン軸距離をｌ_ｆ、タイヤ半径をｒとすると、（１）駆動力Ｆによるトーインモーメント：Ｆ・ｌ_ｆｃｏｓθと、（２）駆動トルク反力Ｍによるトーアウトモーメント：－Ｍｓｉｎθとが発生し、これらのモーメントを加算すると、Ｆ・ｌ_ｆｃｏｓθ－Ｍｓｉｎθ＝Ｆ・ｒｔａｎθ・ｃｏｓθ－Ｆ・ｒｓｉｎθ＝０となりキングピン周りにモーメントは発生しない。

【0010】

これに対し、図７（ｂ）に示すように、タイヤ非接地状態では、（１）駆動力Ｆによるトーインモーメントが０となるため、キングピン周りのモーメントは、（２）駆動トルク反力によるトーアウトモーメント：－Ｍ・ｓｉｎθのみとなり、当該駆動トルク反力によるトーアウトモーメントがキングピン周りに発生する。このキングピン周りにトーアウトモーメントが発生することで、キングピンが加振される。そして、バネ上質量、バネ下質量及びサスペンション構成部品等の剛性によって変化するものの、例えば、凡そ３．２Ｈｚの共振周波数による共振が発生するため、当該共振によって車両振動が悪化するという問題があった。

【0011】

本発明は、上記課題を解決するために成されたものであって、インホイールモータ形式の車両において、タイヤ非接地状態でのキングピン周りの反転モーメントを抑制し、車両振動を低減することができる車両の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決する本発明に係る車両の制御方法は、車輪内にインホイールモータを有する車両の制御方法において、前記車輪が非接地状態か否かを判定する接地状態判定工程と、前記接地状態判定工程において、前記車輪が非接地であると判定された場合に前記インホイールモータのトルク制御を行うトルク制御工程とを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る車両の制御方法によれば、インホイールモータが非接地状態と判定された場合には、当該インホイールモータのトルク制御を行い、インホイールモータのトーアウトモーメントを抑制することで、キングピン周りの共振を抑制して車両振動を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態に係る車両の制御方法を行う車両の概要図。

【図2】本発明の実施形態に係る車両の制御方法を行う車両のサスペンション装置を示す図。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る車両の制御方法の説明図。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る車両の制御方法における時間とキングピン周りのモーメント及びモータトルクの関係を示す図。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る車両の制御方法の説明図。

【図6】インホイールモータ形式とオンボードモータ形式における駆動力とモータ反力を説明するための図。

【図7】インホイールモータ形式における接地／非接地時のキングピン周りのモーメントを説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明に係る車両の制御方法の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0016】

［第１の実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る車両の制御方法を行う車両の概要図であり、図２は、本発明の実施形態に係る車両の制御方法を行う車両のサスペンション装置を示す図であり、図３は、本発明の第１の実施形態に係る車両の制御方法の説明図であり、図４は、本発明の第１の実施形態に係る車両の制御方法における時間とキングピン周りのモーメント及びモータトルクの関係を示す図である。

【0017】

図１に示すように、本実施形態に係る車両の制御方法は、車両１に搭載された電子制御ユニット７によって実行される。車両１は、車両１の前側左右に配置された前輪２Ｆ及び後側左右に配置された後輪２Ｒを有している。前輪２Ｆ及び後輪２Ｒは、車輪の回転を摩擦力によって制動する摩擦ブレーキ装置３を有している。

【0018】

前輪２Ｆは、車体に搭載されたオンボードモータ４によって駆動され、後輪２Ｒは、後輪２Ｒ内に収納されたインホイールモータ５によって駆動される。また、前輪２Ｆには、運転席に配置されたハンドル６の操作に伴って前輪２Ｆを操舵する方向に向けて傾斜させる図示しない操舵機構を備えており、操舵輪として機能する。操舵機構は従来周知の種々の構成を採用することが可能であり、例えば、ステアアクチュエータを有するバイワイヤ方式を用いることができる。

【0019】

ステアアクチュエータは、運転者が操作するハンドル６を有する操作ユニット６ａからの信号を受けて所定の処理を行う電子制御ユニット７からの信号を受けることができるように配線されており、前輪を運転者が操作したハンドル６に対応した舵角となるように制御する。

【0020】

また、電子制御ユニット７は、オンボードモータ４及びインホイールモータ５にそれぞれ接続されており、アクセルペダル９ａを運転者が操作したときに、当該アクセルペダル９ａの操作量に応じてオンボードモータ４及びインホイールモータ５に駆動力を付与するように制御する。また、ブレーキペダル９ｂを運転者が操作した場合に、当該ブレーキ操作に応じて摩擦ブレーキ装置３並びにオンボードモータ４及びインホイールモータ５を回生ブレーキ手段として作動させるように制御する。

【0021】

摩擦ブレーキ装置３は、前輪２Ｆ及び後輪２Ｒの車軸と同軸に取り付けられた円盤状のブレーキディスク３ａと、ブレーキディスク３ａを軸方向から把持するブレーキパッドを備えるキャリパ３ｂとを有している。キャリパ３ｂは、運転者がブレーキペダル９ｂを操作した際に当該操作によって作動する図示しないマスターシリンダに接続されており、マスターシリンダによる油圧や空気圧などの増幅効果によってブレーキディスク３ａに押し付けられて摩擦力を発生させる。なお、摩擦ブレーキ装置３は、電子制御ユニット７からの信号を受けて、運転者がブレーキペダル９ｂに加えた踏力に関わらず、必要に応じてブレーキパッドとブレーキディスク３ａとの間の摩擦力を調整するようにキャリパ３ｂの押付度合いを調整することができる。

【0022】

オンボードモータ４及びインホイールモータ５は、運転者が操作するアクセルペダル９ａの開度に応じて電子制御ユニット７からの信号を受けて車両１が進行方向に前進又は進行方向に対して後進するように回転する。また、オンボードモータ４及びインホイールモータ５は、ブレーキペダル９ｂが操作されたブレーキ中には、逆に軸回転を入力して発電機として作動させ、運動エネルギを電気エネルギに変換して回収または消費することで制動として利用する回生ブレーキ装置としても用いられる。

【0023】

電子制御ユニット７は、制御手段であるマイクロプロセッサを有し、図示しないバッテリからの給電によって作動する。電子制御ユニット７は、操作ユニット６ａ，ブレーキペダル９ｂやアクセルペダル９ａなどからの信号を受けて各種信号を処理してオンボードモータ４及びインホイールモータ５を所定の回転数で駆動するように信号を送信する。

【0024】

前輪２Ｆ及び後輪２Ｒは、アクティブサスペンション装置１０に取り付けられている。アクティブサスペンション装置１０は、図２に示すように、各車輪（例えば後輪２Ｒ）と車体との間に取り付けられ、路面から入力される振動や衝撃をやわらげ、車体の姿勢を維持し、走行安定性を確保する。アクティブサスペンション装置１０は、アクティブサスペンション３１と、可変ダンパ３２とを有している。

【0025】

アクティブサスペンション３１は、圧縮コイルばねであるスプリングと、振幅するスプリングの動きを抑制すると共に地上からの車体の高さを調整可能な車高調整アクチュエータ３１ａを備える。

【0026】

車高調整アクチュエータ３１ａは、例えば、ボールねじとボールねじナットとを螺合させたボールねじ機構を備え、ボールねじ機構の上下伸縮動作により発電するモータの抵抗力より減衰力を発生させる。また、モータへの通電により上下伸縮するボールねじ機構の推進力によって減衰力を調整することができる。また、このようにモータを駆動させボールねじ機構を上下伸縮させることで、アクティブサスペンション３１の全長を伸縮させ、車輪と車体との間の間隔を変化させることによって、地上からの車体の高さを調整することができる。

【0027】

可変ダンパ３２は、磁気粘性抵抗により発生する減衰力を利用した回転式のダンパである。可変ダンパ３２は、電子制御ユニット７に接続され、電流制御によって減衰力を調整可能な可変ダンパアクチュエータ３２ａを備える。

【0028】

可変ダンパアクチュエータ３２ａは、例えば、回転軸が本体ケースに対して回転可能となるようにベアリング等で保持されている。本体ケース内には、コイルとロータが内蔵され、回転軸はロータに取付けられている。ロータの周囲には隙間があり、この隙間に磁性流体が充填されている。このような可変ダンパアクチュエータ３２ａのコイルに電流を流すと、充填されている磁性流体の粘性抵抗が上がり、ロータの回転を妨げる力が発生する。このようにコイルに入力する電流を制御することで、可変ダンパアクチュエータ３２ａは、可変ダンパ３２の減衰力を調整することができる。

【0029】

このような可変ダンパ３２によれば、電気的に減衰力を生起することができるため、応答性に優れ、走行中の路面に周波数の高い段差があるような場合でも、車体の振動を抑制することができる。また、磁性流体の粘性抵抗を無段階に調整できるため、必要となるトルクを発生させるために、電流が最小限となるように制御が可能であり、消費電力を低減することができる。

【0030】

なお、アクティブサスペンション装置１０は、電子制御ユニット７に接続され、アクティブサスペンション３１の伸縮量及び可変ダンパ３２の減衰力を電子制御ユニット７に送信できるように構成されている。また、車両１には、車高センサ８が取り付けられている。車高センサ８は、車両１の下面から路面までの距離を測定することができるセンサであり、例えば、光学センサや超音波距離センサなどが好適に用いられる。車高センサ８で測定された車高データは電子制御ユニット７に送信されて処理される。

【0031】

次に、本実施形態に係る車両の制御方法の制御方法について説明を行う。本実施形態に係る車両の制御方法は、上述した車両１の後輪２Ｒに取り付けられたインホイールモータ５のトルク制御を行うものである。

【0032】

本実施形態に係る車両の制御方法では、電子制御ユニット７において、車高センサ８やアクティブサスペンション３１の伸縮量から後輪２Ｒが接地状態か非接地状態かを判定する接地状態判定工程を行う。接地状態判定工程は、車高センサ８から得た車高データと、アクティブサスペンション３１の伸縮量を比較する。このとき、アクティブサスペンション３１の伸縮量が予め設定された接地状態の伸縮量よりも車高データが大きい場合には、後輪２Ｒは接地していないと判定することができる。

【0033】

また、車高センサ８やアクティブサスペンション３１を備えない車両であっても、例えば、車両の車速とインホイールモータ５の回転速度を比較して車速に対してインホイールモータ５の回転速度が大きい場合や、インホイールモータ５の角加速度が所定の閾値を超えている場合などに後輪２Ｒが非接地状態であると判定するように構成しても構わない。

【0034】

接地状態判定工程において、後輪２Ｒが接地状態であると判定されている場合には、図３（１）に示すように、前輪２Ｆのオンボードモータ４及び後輪２Ｒのインホイールモータ５を通常の走行状態として制御を行う。具体的には、左右の後輪２Ｒは、ともに同一のトルクとなるようにトルク制御を行う。

【0035】

次に、接地状態判定工程において後輪２Ｒが非接地であると判定された場合、電子制御ユニット７はインホイールモータ５のトルク制御工程を行う。以下の説明は、右後輪が非接地であると判定された場合について説明を行う。図３（２）に示すように、トルク制御工程は、非接地状態と判定された右後輪のインホイールモータのトルクをゼロとするように制御を行う。この時、接地状態の左後輪のインホイールモータのトルクを減少させる。このように非接地状態の車輪のトルクをゼロとすることで、右後輪に駆動トルク反力を発生させることがなく、当該駆動トルク反力によるトーアウトモーメントの発生を抑制させることができる。また、接地状態の左後輪のトルクを減少させることで、負のヨーモーメントを縮小することができる。

【0036】

次に、非接地状態であった右後輪２Ｒが接地状態に移行する際に、図３（３）に示すように右後輪２Ｒのトルクをゼロから徐々に増加させる制御を行う。この非接地状態から接地状態への移行の判定は、上述した車高センサ８とアクティブサスペンション３１の伸縮量の変化から判定しても構わないし、右後輪２Ｒのインホイールモータ５のモータ角速度から判定しても構わない。この際、左後輪２Ｒは徐々にトルクを増加させると好適である。

【0037】

その後、右後輪２Ｒが完全に接地状態に移行した際には、左右の後輪２Ｒのトルクを同一にして通常の走行状態に移行する。

【0038】

次に、図４を参照して本実施形態に係る車両の制御方法と、従来のように車輪が非接地状態の場合でもトルク制御を行わない場合との比較について説明を行う。

【0039】

本実施形態に係る車両の制御方法を行なった車両のキングピン周りのモーメントは、非接地状態で非接地となっている車輪のモータトルクをゼロとしているので、インホイールモータ特有のトーアウトモーメントを抑制することができており、接地状態に移行する場合でも、急激な接地によるトーインモーメントを抑制していることが確認できる。このようなトーアウトモーメントやトーインモーメントが抑制されているので、これらのモーメントによる車両振動を低減することができる。

【0040】

これに対し、従来のように非接地状態でもトルク制御を行わない場合には、非接地状態でインホイールモータ特有のトーアウトモーメントが発生し、接地状態に移行する際に、急激な接地に伴うトーインモーメントが発生していることが確認できる。このようなトーアウトモーメントやトーインモーメントの発生によって、車両振動が悪化する。

【0041】

上述した第１の実施形態に係る車両の制御方法では、非接地状態と判定された右側の後輪２Ｒのトルクをゼロとし、左側の後輪２Ｒはトルクを減少させる制御方法について説明を行った。次に説明する第２の実施形態に係る車両の制御方法では、上述した第１の実施形態とは異なるトルク制御の方法について説明を行う。なお、上述した第１の実施形態と同一又は類似する部材については、同一符号を付して説明を省略する。

【0042】

図５は、本発明の第２の実施形態に係る車両の制御方法の説明図である。

【0043】

図５に示すように、本実施形態に係る車両の制御方法は、接地状態判定工程で後輪２Ｒのいずれかが非接地状態であると判定された場合には、後輪２Ｒを左右ともにトルクゼロとなるように制御を行い、同時に前輪２Ｆを駆動するオンボードモータ４のトルクを増加させる。

【0044】

このように、後輪２Ｒが非接地状態の場合に左右ともに後輪２Ｒのインホイールモータのトルクをゼロとすることで、インホイールモータ５が非接地状態の場合の負の方向のヨーモーメントをゼロとすることができ、接地状態に移行する場合でも急激な接地に伴う正方向のヨーモーメントも発生しないので、車両に加わるヨーモーメントを抑制することができる。なお、左右の後輪２Ｒがともに接地状態となった場合には、図５（４）に示すように、オンボードモータ４及びインホイールモータ５を通常のトルク制御で走行する。

【0045】

このように制御することで、非接地状態から接地状態への移行のタイミングを詳細に制御しなくとも車両に発生するヨーモーメントを抑制することができるので、より簡便な制御で車両振動を抑制することが可能となる。また、前輪２Ｆのオンボードモータ４のトルクを増加させるので、後輪２Ｒのトルクをゼロにした場合の運転者が感じる減速感を低減させることができ、凹凸の多い走行路である悪路走行の安全性を向上させることができる。

【0046】

なお、上述した実施形態においては、右側の後輪が非接地状態となった場合について説明を行ったが、左側の後輪が非接地状態となった場合も同様の制御を行うことができる。また、上述した実施形態においては、本実施形態に係る車両の制御方法を前輪２Ｆをオンボードモータ４で駆動する形式の車両１に適用した場合について説明を行ったが、前輪２Ｆもインホイールモータ５で駆動した車両に適用しても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【符号の説明】

【0047】

１ 車両， ２Ｆ 前輪， ２Ｒ 後輪， ４ オンボードモータ， ５ インホイールモータ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】