(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-02
(45)【発行日】2024-12-10
(54)【発明の名称】車両用制御装置
(51)【国際特許分類】
B60L 15/20 20060101AFI20241203BHJP
B60L 9/18 20060101ALN20241203BHJP
【FI】
B60L15/20 S
B60L9/18 P
(21)【出願番号】P 2021092600
(22)【出願日】2021-06-01
【審査請求日】2024-01-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】山口 卓也
【審査官】加藤 昌人
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第2017/138587(WO,A1)
【文献】特許第6157794(JP,B1)
【文献】特開2007-195386(JP,A)
【文献】特開2009-191919(JP,A)
【文献】特開2021-35128(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2019/0344796(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B60L 1/00- 3/12
B60L 7/00-13/00
B60L 15/00-58/40
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
左車輪及び右車輪をそれぞれ独立で駆動可能な複数の回転電機を、前記左車輪と前記右車輪との間に車輪速度差が生じた際に、前記車輪速度差を小さくするように前記複数の回転電機を制御可能な、電動車両に搭載される車両用制御装置であって、
前記電動車両の車速に相関する相関パラメータが所定値未満の場合に、前記左車輪及び前記右車輪の回転角度差に関する情報に基づいて、前記車輪速度差が小さくなるように前記複数の回転電機を制御することを特徴とする車両用制御装置。
【請求項2】
前記左車輪及び前記右車輪の回転角度差に関する情報は、前記複数の回転電機がそれぞれ備えるロータの回転角度差であることを特徴とする請求項1に記載の車両用制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、左右車輪独立駆動方式車両の制御装置において、トルク指令設定部から出力されるトルク指令に対して、左右車輪の回転速度に基づいて算出した速度差補正トルクを加減することによって左右車輪のそれぞれの最終トルクを算出し、左車輪駆動用電動機と右車輪駆動用電動機に対して、左右車輪の速度差のアンバランスを吸収した最終トルク指令を与える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に開示された技術では、低速時は微小な左右車輪の速度差に基づいて車両の走行の挙動を安定させる必要があるため、前記速度差のさらに高い検出精度が望まれる。
【0005】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、低車速域において、電動車両の走行の挙動を安定させることができる車両用制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両用制御装置は、左車輪及び右車輪をそれぞれ独立で駆動可能な複数の回転電機を、前記左車輪と前記右車輪との間に車輪速度差が生じた際に、前記車輪速度差を小さくするように前記複数の回転電機を制御可能な、電動車両に搭載される車両用制御装置であって、前記電動車両の車速に相関する相関パラメータが所定値未満の場合に、前記左車輪及び前記右車輪の回転角度差に関する情報に基づいて、前記車輪速度差が小さくなるように前記複数の回転電機を制御することを特徴とするものである。
【0007】
これにより、低車速域において、左車輪と右車輪との間に車輪速度差が生じたことを左車輪及び前記右車輪の回転角度差に関する情報を用いて精度よく検出して、電動車両の走行の挙動を安定させることができる。
【0008】
また、上記において、前記左車輪及び前記右車輪の回転角度差に関する情報は、前記複数の回転電機がそれぞれ備えるロータの回転角度差であってもよい。
【0009】
これにより、低車速域においても、左車輪と右車輪との間に車輪速度差が生じたことを、左車輪及び右車輪を駆動する各回転電機のロータの回転角度差を用いて精度よく検出して、電動車両の走行の挙動を安定させることができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明に係る車両用制御装置は、低車速域においても、左車輪と右車輪との間に車輪速度差が生じたことを左車輪及び前記右車輪の回転角度差に関する情報を用いて精度よく検出して、電動車両の走行の挙動を安定させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】
図1は、実施形態に係る電動車両の概略構成を示した図である。
【
図2】
図2は、実施形態に係る電動車両の制御回路の一例を示したブロック図である。
【
図3】
図3は、コントローラによる速度項ゲイン(kv)と角度項ゲイン(kθ)との設定について示した図である。
【
図4】
図4は、車速と角度項ゲイン(kθ)との関係を示した図である。
【
図5】
図5は、車速と速度項ゲイン(kv)との関係を示した図である。
【
図6】
図6は、角度項ゲイン(kθ)を設定する際の差分算出処理について説明する図である。
【
図7】
図7は、オフセットキャンセル処理の一例を示した図である。
【
図8】
図8は、キャンセル判定部で実施する制御の一例を示したフローチャートである。
【
図9】
図9は、回転角度θ
L,θ
Rの信号波形を示した図である。
【
図10】
図10は、第1のパターンにおける回転角度差の算出方法の一例を示した図である。
【
図11】
図11は、第2のパターンにおける回転角度差の算出方法の一例を示した図である。
【
図12】
図12は、第3のパターンにおける回転角度差の算出方法の一例を示した図である。
【
図13】
図13は、第4のパターンにおける回転角度差の算出方法の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下に、本発明に係る車両用制御装置の実施形態について説明する。なお、本実施形態により本発明が限定されるものではない。
【0013】
図1は、実施形態に係る電動車両100の概略構成を示した図である。
図1に示すように、電動車両100は、左前車輪FL及び右前車輪FR、左後車輪RL及び右後車輪RR、モータジェネレータMGL,MGR、バッテリ8、インバータ20L,20R、及び、ECU(Electronic Control Unit)30などを備えている。電動車両100は、左前車輪FL及び右前車輪FRを駆動輪とし、左後車輪RL及び右後車輪RRを従動輪として、左前車輪FL及び右前車輪FRをそれぞれモータジェネレータMGL,MGRによって独立に駆動する二輪独立駆動方式を採用している。
【0014】
なお、電動車両100は、左後車輪RL及び右後車輪RRを駆動輪とし、左前車輪FL及び右前車輪FRを従動輪として、左後車輪FL及び右後車輪FRをそれぞれモータジェネレータMGL,MGRによって独立に駆動する構成としてもよい。また、電動車両100は、左前車輪FL及び右前車輪FRまたは左後車輪RL及び右後車輪RRの一方をモータジェネレータMGL,MGRにより独立に駆動させ、他方を1つの共通のモータジェネレータによって駆動させるように構成してもよい。また、電動車両100は、左前車輪FL及び右前車輪FR並びに左後車輪RL及び右後車輪RRの4つの車輪をそれぞれ4つのモータジェネレータによって独立させて駆動させるように構成してもよい。
【0015】
モータジェネレータMGL,MGRは、左前車輪FL及び右前車輪FRの駆動軸2,4にそれぞれ連結され、駆動軸2,4を介して左前車輪FL及び右前車輪FRをそれぞれ独立に駆動する。モータジェネレータMGR,MGLは、例えば、三相交流電動機であり、バッテリ8に蓄えられた電力によって駆動される。
【0016】
また、電動車両100の回生制動時には、モータジェネレータMGL,MGRがそれぞれ左右前車輪FL,FRにより回転されて発電機として動作する。このとき、モータジェネレータMGL,MGRにより発電された電力は、インバータ20L,20Rを介してバッテリ8に充電される。
【0017】
バッテリ8としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池を用いる。また、バッテリ8に代わる蓄電装置として、電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタを用いてもよい。
【0018】
インバータ20L,20Rは、モータジェネレータMGL,MGRをそれぞれ駆動制御する。インバータ20L,20Rは、バッテリ8から直流電圧が供給されるとECU30からの信号PWMIL,PWMIRに基づいて、直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータMGL,MGRに供給する。これにより、モータジェネレータMGL,MGRは、要求駆動トルクに従ったトルクを発生するように駆動される。
【0019】
また、インバータ20L,20Rは、電動車両100の回生制動時、モータジェネレータMGL,MGRが発電した交流電圧をECU30からの信号PWMIL,PWMIRに基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をバッテリ8へ供給する。
【0020】
電動車両100は、アクセルペダルポジション(アクセル開度)APを検出するアクセルポジションセンサ50と、ブレーキペダルポジションBPを検出するブレーキペダルポジションセンサ52と、シフトポジションSPを検出するシフトポジションセンサ54と、ハンドル7と、ハンドル7のハンドル角(操舵角)θsを検出する操舵角センサ56とを備える。また、電動車両100は、左前車輪FL及び右前車輪FRの回転速度ωFL,ωFR及び左後車輪RL及び右後車輪RRの回転速度ωRL,ωRRをそれぞれ検出する車輪速センサ40,42,44,46を備える。また、電動車両100は、モータジェネレータMGL,MGRが備えるロータの回転角度θL,θRを検出する回転角度センサ60L,60Rを備える。これらのセンサからの検出信号は、ECU30へ入力される。
【0021】
ECU30は、車両用制御装置であって、インバータ20L,20R及びバッテリ8と電気的に接続されており、モータジェネレータMGR,MGLの駆動状態と、バッテリ8の充電状態とを統合的に制御する。
【0022】
ここで、実施形態に係る電動車両100においては、左前車輪FL及び右前車輪FRをモータジェネレータMGL,MGRによって、それぞれ独立して駆動させているため、左前車輪FL及び右前車輪FRの回転速度(車輪速度)ωFL,ωFRに速度差が生じると、電動車両100の走行の挙動が不安定になるおそれがある。
【0023】
例えば、電動車両100の高速道路の走行時には、車速域が高く、トンネル出口や大型車両の追い越しなどで横風を受けると、電動車両100に軌跡ずれ(ヨー運動及び内外輪差)が発生し、左前車輪FL及び右前車輪FRに車輪速度差が生じる。
【0024】
また、例えば、電動車両100の交差点などでの停止時には、車速域が低く、路面上に形成された轍に左前車輪FL及び右前車輪FRが入っていると、轍内で左前車輪FL及び右前車輪FRが横移動するワンダリング現象が発生し、左前車輪FL及び右前車輪FRに車輪速度差が生じる。
【0025】
そのため、実施形態に係る電動車両100においては、左前車輪FL及び右前車輪FRにおける車輪速度差が生じた際に、前記車輪速度差を小さくするように、ECU30がモータジェネレータMGL,MGRを制御する。
【0026】
なお、電動車両100の車速域が高い高車速域で生じる左前車輪FL及び右前車輪FRの車輪速度差は、車輪速度差が十分に大きく検出し易い。一方で、電動車両100の車速域が低い低車速域で生じる左前車輪FL及び右前車輪FRの車輪速度差は、車輪速度差が微小であり検出し難い。
【0027】
そのため、実施形態に係る電動車両100においては、ECU30が、車速に相関する相関パラメータ(車速または車輪速度)が所定値未満の場合、言い換えると、低車速域の場合に、左前車輪FL及び右前車輪FRの回転角度に関する情報として、モータジェネレータMGL,MGRが備えるロータの回転角度θL,θRの差に基づいて、前記車輪速度差を小さくするように、モータジェネレータMGL,MGRを制御する。また、車速に相関する相関パラメータが所定値以上の場合、言い換えると、例えば高車速域の場合には、ECU30が、左前車輪FL及び右前車輪FRの車輪速度差に基づいて、前記車輪速度差を小さくするように、モータジェネレータMGL,MGRを制御する。
【0028】
図2は、実施形態に係る電動車両100の制御回路の一例を示したブロック図である。
図3は、コントローラ32による速度項ゲイン(kv)と角度項ゲイン(kθ)との設定について示した図である。
図4は、車速と角度項ゲイン(kθ)との関係を示した図である。
図5は、車速と速度項ゲイン(kv)との関係を示した図である。
【0029】
図2に示すように、ECU30は、アクセルポジションセンサ50が検出したアクセルポジションAPや、シフトポジションセンサ54が検出したシフトポジションSPなどに基づいて求めた補正前駆動力F
x_L,F
x_Rを、ECU30が有するコントローラ32が回転角度θ
L,θ
Rを用いて算出した補正駆動力によって補正し、補正後駆動力F’
x_L,F’
x_Rを、モータジェネレータMGL,MGRの駆動制御を行うインバータ20L,20Rに出力する。
【0030】
図3に示すように、コントローラ32は、回転角度センサ60L,60Rが検出した回転角度θ
L,θ
Rを用いて、左前車輪FL及び右前車輪FRの車輪速度差を小さくするように、補正前駆動力を補正駆動力によって補正するフィードバック制御の制御ゲインとして、速度項ゲイン(kv)と角度項ゲイン(kθ)とを設定する。すなわち、
図3に示すように、コントローラ32では、微分処理部322が回転角度θ
L,θ
Rに対して微分処理を行い、差分算出部324が微分処理の結果に対して差分算出処理を行って、速度項ゲイン設定部326が速度項ゲイン(kv)を設定する。また、
図3に示すように、コントローラ32は、差分算出部328が回転角度θ
L,θ
Rに対して差分算出処理を行って、角度項ゲイン設定部330が角度項ゲイン(kθ)を設定する。この際、
図4及び
図5に示すように、低車速域(例えば、車速20[km/s]以下)では角度項ゲイン(kθ)を大きくし、高車速域(例えば、車速80[km/s]以上)では速度項ゲイン(kv)を大きくする。
【0031】
図6は、角度項ゲイン(kθ)を設定するために差分算出部328が実施する差分算出処理について説明する図である。回転角度センサ60L,60Rからは、0~360[deg]の回転角度θ
L,θ
Rの信号が出力される。本実施形態のように、回転角度差を用いて車輪速度差を検出する手法では、電動車両100の直進状態で回転角度θ
L,θ
Rが揃っている必要がある。そのため、角度項ゲイン(kθ)を設定するために差分算出部328が実施する差分算出処理では、
図7に示すように、ECU30は電動車両100の走行中に直進状態を判定したら、直進状態判定時(
図7中の時間T)における回転角度をオフセット量として差し引いて、回転角度θ
L,θ
Rを同時に0[deg]へリセットするオフセットキャンセル処理を実施する。
【0032】
なお、オフセットキャンセル処理を実施するか否の判定は、コントローラ32が有するキャンセル判定部340で、車速とハンドル角θsとから電動車両100が直進状態であるか否かを判定することによって行われる。
【0033】
図8は、キャンセル判定部340で実施する制御の一例を示したフローチャートである。
【0034】
まず、キャンセル判定部340は、ステップS1において、車速が予め設定された閾値Aよりも大きいか否かを判断する。キャンセル判定部340は、車速が閾値Aよりも大きいと判断した場合(ステップS1にてYes)、ステップS2において、ハンドル角θsの絶対値が予め設定された閾値Bよりも小さいか否かを判断する。キャンセル判定部340は、ハンドル角θsの絶対値が閾値Bよりも小さいと判断した場合(ステップS2にてYes)、ステップS3において、電動車両100が直進状態であると判定して、キャンセル実行フラグをONにし、一連の制御を終了する。
【0035】
また、キャンセル判定部340は、車速が閾値Aよりも大きくないと判断した場合(ステップS1にてNo)、ステップS4において、電動車両100が直進状態ではないと判定して、キャンセル実行フラグをOFFにし、一連の制御を終了する。
【0036】
また、キャンセル判定部340は、ハンドル角θsの絶対値が閾値Bよりも小さくないと判断した場合(ステップS2にてNo)、ステップS4において、電動車両100が直進状態ではないと判定して、キャンセル実行フラグをOFFにし、一連の制御を終了する。
【0037】
そして、キャンセル判定部340で電動車両100が直進状態であると判定された場合には、「キャンセル実行フラグ」をONにし、回転角度θL,θRの信号に対して、コントローラ32が有するオフセットキャンセル部342L,342Rがオフセットキャンセル処理を実施する。
【0038】
オフセットキャンセル処理が実施された後の回転角度θL,θRは、回転角度差算出部344で回転角度差算出処理を実施し、回転角度差(ΔθF)を算出する。
【0039】
図9は、回転角度θ
L,θ
Rの信号波形を示した図である。
図9に示すように、回転角度センサ60L,60Rからの回転角度θ
L,θ
Rの信号は、0~360[deg]のノコギリ波となる。一方で、回転角度θ
L,θ
Rの差を計算すると、回転角度差が値飛びする場合がある。そのため、回転角度差算出部344は、第1のパターンから第4のパターンの4つのパターンの条件分けに基づいて、回転角度差を補正して算出する。なお、回転角度θ
Lと回転角度θ
Rとの回転角度差は、回転角度θ
Lから回転角度θ
Rを引いた値(θ
L-θ
R)をデフォルト値とし、このデフォルト値(θ
L-θ
R)に対して適宜補正を行う。
【0040】
図10は、第1のパターンにおける回転角度差の算出方法の一例を示した図である。なお、
図10中、ΔTは制御周期であり、n及びn-1は周期数である。また、
図10中において、上向きの矢印は回転角度差が正の値であることを示している。
【0041】
第1のパターンは、時間(n-1)ΔTにおける回転角度θLと回転角度θRとの回転角度差dθF(n-1)が正の値(dθF(n-1)>0)であり、且つ、時間nΔTにおける回転角度θLと回転角度θRとの回転角度差dθF(n)が正の値(dθF(n)>0)の場合である。第1のパターンでは、回転角度差をΔθF=θL-θRとして算出する。
【0042】
図11は、第2のパターンにおける回転角度差の算出方法の一例を示した図である。なお、
図11中において、上向きの矢印は回転角度差が正の値であることを示しており、下向きの矢印は負の値であることを示している。
【0043】
第2のパターンは、時間(n-1)ΔTにおける回転角度θLと回転角度θRとの回転角度差dθF(n-1)が正の値(dθF(n-1)>0)であり、且つ、時間nΔTにおける回転角度θLと回転角度θRとの回転角度差dθF(n)が負の値(dθF(n)<0)の場合である。第2のパターンでは、回転角度差をΔθF=θL-θR+360として算出する。
【0044】
図12は、第3のパターンにおける回転角度差Δθ
Fの算出方法の一例を示した図である。なお、
図12中において、下向きの矢印は回転角度差が負の値であることを示している。
【0045】
第3のパターンは、時間(n-1)ΔTにおける回転角度θLと回転角度θRとの回転角度差dθF(n-1)が負の値(dθF(n-1)<0)であり、且つ、時間nΔTにおける回転角度θLと回転角度θRとの回転角度差dθF(n)が負の値(dθF(n)<0)の場合である。第3のパターンでは、回転角度差をΔθF=θL-θRとして算出する。
【0046】
図13は、第4のパターンにおける回転角度差の算出方法の一例を示した図である。なお、
図13中において、上向きの矢印は回転角度差が正の値であることを示しており、下向きの矢印は負の値であることを示している。
【0047】
第4のパターンは、時間(n-1)ΔTにおける回転角度θLと回転角度θRとの回転角度差dθF(n-1)が負の値(dθF(n-1)<0)であり、且つ、時間nΔTにおける回転角度θLと回転角度θRとの回転角度差dθF(n)が正の値(dθF(n)>0)の場合である。第4のパターンでは、回転角度差をΔθF=θL-θR-360として算出する。
【0048】
図3に戻って、コントローラ32は、回転角度θ
L,θ
Rを用いて上述した種々の処理を行うことによって設定した速度項ゲイン(kv)及び角度項ゲイン(kθ)の信号を、演算器332に入力して加算処理を行い、最終的に補正駆動力として出力する。
【0049】
図2に戻って、コントローラ32から出力された補正駆動力の信号は、左前車輪用の演算器34Lと右前車輪用の演算器34Rとに入力され、それぞれ補正前駆動力F
x_L,F
x_Rと加算処理または減算処理されて、最終的に補正後駆動力F’
x_L,F’
x_Rとして、それぞれインバータ20L,20Rに出力される。インバータ20L,20Rは、モータジェネレータMGL,MGRが補正後駆動力F’
x_L,F’
x_Rで駆動するように、モータジェネレータMGL,MGRを制御する。これにより、モータジェネレータMGL,MGRによって駆動される左前車輪FL及び右前車輪FRの車輪速度差を小さくすることができる。
【0050】
実施形態に係る電動車両100においては、ECU30が、車速に相関する相関パラメータが所定値未満である低車速域では、左前車輪FL及び右前車輪FRの車輪速度差ではなく、左前車輪FL及び右前車輪FRの回転角度に関する情報として、モータジェネレータMGL,MGRが備えるロータの回転角度θL,θRの差に基づいて、前記車輪速度差を小さくするように、モータジェネレータMGL,MGRをフィードバック制御する。これにより、実施形態に係る電動車両100では、低車速域においても、左前車輪FL及び右前車輪FRに車輪速度差が生じたことを回転角度θL,θRの差を用いて精度よく検出して、電動車両100の走行の挙動を安定させることができる。
【符号の説明】
【0051】
8 バッテリ
20L,20R インバータ
30 ECU
32 コントローラ
34L,34R,332 演算器
40,42,44,46 車輪速センサ
50 アクセルポジションセンサ
52 ブレーキペダルポジションセンサ
54 シフトポジションセンサ
56 操舵角センサ
60L,60R 回転角度センサ
100 電動車両
340 キャンセル判定部
342L,342R オフセットキャンセル部
344 回転角度差算出部
FL 左前車輪
FR 右前車輪
RL 左後車輪
RR 右後車輪
MGL,MGR モータジェネレータ