JP4470481B2 - 電動車両 - Google Patents
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Description
図1は実施例1の電動車両を示す全体システム図である。実施例1の電動車両は、図1に示すように、駆動力発生源としての電気モータ3RL、3RRを備えており、各々の電気モータ3RL、3RRの回転軸は、減速機4RL、4RRを介して、電動車両の後輪2RL、2RRに連結されている。ここで、2つの電気モータ3RL、3RRの出力特性、および、2つの減速機4RL、4RRの減速比、および、左右の2つの後輪2RL、2RRの半径はいずれも同じである。
図3は実施例1の統合コントローラ30にて実行されるモード選択制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。なお、統合コントローラ30は、マイクロコンピュータのほかにRAM/ROMなどの周辺部品を備えており、図3のフローチャートを一定時間毎、例えば5ms毎に実行する。
V=(NFL*Rf+NFR*Rf+NRL/GG*Rr+NRR/GG*Rr)*R/4
ここで、Rfは前輪の半径、Rrは後輪の半径、GGは後輪の減速機の減速比である。
シフトレバー25のシフト位置として車両停止時のみ選択可能でパーキング時に使用する「P」位置が選択されたときは、図3のフローチャートにおいて、ステップS401→ステップS402→ステップS403→ステップS404へと進む流れとなり、ステップS404では、後左輪モータ3RLへのトルク指令値tTRL、後右輪モータ3RRへのトルク指令値tTRR、後輪舵角目標値tδrは、tTRL=tTRR=tδr=0として本ルーチンを終了する。
すなわち、「A」位置選択であっても、車速Vが第1設定しきい値Va以上のときは、ステップS415へと進み、モードD時の演算ルーチンを実行するというように、モードAへの移行が禁止される。このため、車両進行中に急に運転モードAに移行することによる車両挙動不安定化を抑制できる。
すなわち、「B」位置選択であっても、車速Vが第2設定しきい値Vb以上のときは、ステップS413→ステップS415へと進み、モードD時の演算ルーチンを実行するというように、モードBへの移行が禁止される。このため、車両進行中に急に運転モードBに移行することによる車両挙動不安定化を抑制できる。
すなわち、「AR」位置選択であっても、車速絶対値|V|が所定値Var以上のときは、ステップS420→ステップS422へと進み、モードR時の演算ルーチンを実行するというように、モードARへの移行が禁止される。このため、後退走行時に急に運転モードARに移行することによる車両挙動不安定化を抑制できる。
さて次にステップS415のモードD時の演算ルーチン(図5)、ステップS414のモードA時の演算ルーチン(図8)、ステップS412のモードB時の演算ルーチン(図10)、ステップS422のモードR時の演算ルーチン(図12)、ステップS421のモードAR時の演算ルーチン(図14)において、後左輪モータ3RLへのトルク指令値tTRL、後右輪モータ3RRへのトルク指令値tTRR、後輪舵角目標値tδrを演算する方法について、順次説明するが、各演算ルーチンでの演算処理を説明する前に、まず、その演算原理および実現方法について説明する。
ここで、Lrは後輪軸と重心との距離[m]、Ltは後輪のトレッドベース距離/2[m]、mは車重[kg]、Iγはヨー慣性モーメント[Nmss]である。また、Krは後輪タイヤコーナリングスティッフネス[N/rad] であり、後輪ステアリング剛性の影響によるステアリング角に対するコーナリングパワーの低下分も加味した値である。Vは車速[m/s]であり、γはヨーレート[rad/s]、βは車体重心位置の車体すべり角[rad]である。
「自動車の運動と制御」(山海堂)p52に記されているように横力Y[N]とヨーレートγ[rad/s]と滑り角β[rad]は次の関係にある。
Y=mV(dβ/dt+γ) …(A2)
β={Q12(s)/Qden(s)}・δr+{Q13(s)/Qden(s)}・u
γ={Q22(s)/Qden(s)}・δr+{Q23(s)/Qden(s)}・u
Y={Q32(s)/Qden(s)}・δr+{Q33(s)/Qden(s)}・u …(A3)
そして、Q12(s)、Q13(s)、Q22(s)、Q23(s)、Q32(s)、Q33(s)、Qden(s)は、いずれも車速Vの関数になっており、次の式で表される。
Q12(s)=2VKr(Iγs+mVLr)
Q13(s)=-2Lt(mV2−2LrKr)
Q22(s)=-2mV2KrLrs
Q23(s)=2VLt(mVs+2Kr)
Q32(s)=2mV2KrIγs2
Q33(s)=4mVLtKr(Lrs+V)
Qden(s)=mV2Iγs2+2VKr(mLr2+Iγ)s+2mV2LrKr … (A4)
Gγδ=m2/(s2+2wns+wn2)
Gβδ=0 …(A5)
ところで、図4(a)において、ステアリング操作量δとヨーレートγとの関係、および、ステアリング操作量δと滑り角βとの関係は、次の関係にある。ここで、1/Td(s)は、後輪操舵系のサーボ遅れである。
β=({Q13(s)/Qden(s)}p1(s)+{Q12(s)/Qden(s)}・{p2(s)/Td(s)})δ
γ=({Q23(s)/Qden(s)}p1(s)+{Q22(s)/Qden(s)}・{p2(s)/Td(s)})δ …(A6)
したがって、この伝達特性を、それぞれ望ましい伝達特性Gβδ、Gγδと一致させるという条件から、式(A7)が導かれ、
Gβδ=0={Q13(s)/Qden(s)}p1(s)+{Q12(s)/Qden(s)}・{p2(s)/Td(s)}
Gγδ=m2/(s2+2wns+wn2)
この連立方程式を解き、式(A4)の関係式を用いることで、コントローラP1(s)とP2(s)は式(A8)のように導出できる。ここで後輪操舵のサーボ遅れについては、時定数τ(例えば、τ=0.1[s])の一次遅れとし、つまり、Td=τs+1としている。
p1(s)={m2/2Lt}{(Iγs+mVLr)/(s2+2wns+wn2)}
p2(s)={m2(mV2−2LrKr)/2VKr}{(τs+1)/(s2+2wns+wn2)} …(A8)
yx=(b1s+b0)/(s2+2wns+wn2) …(A9)
式(A9)は図4(b)のように書き換えることができる。よって、所定時間ごとに(例えば、5ms毎に)、まず、図4(b)中の積分演算を例えばオイラー近似で行なうことで、X2,X1を更新し、次に、b0,b1を車速Vに応じて逐次更新した上で、最後にX2,X1,b0,b1から出力yxを時々刻々と演算することで実現できる。
図3中のステップS415のモードD時の演算ルーチンでは、図5のフローチャートを実行する。
b1=m2*Ir/2/Lt
b0=m2*m*V*Lr/2/Lt …(B1)
ここでm2は、ステアリングホイール回転角δに対するヨーレートの定常値が、例えば、δ/4となるように、
m2=wn2/4 (wnは、例えば4πとする)
としておく。mおよびIrおよびLrおよびLtは車両設計値を用いる。
b1=m2*(m*V*V−2*Lr*Kr)/2/V/Kr*τ
b0=m2*(m*V*V−2*Lr*Kr)/2/V/Kr …(B2)
ここで、mおよびIrおよびLrおよびLtおよびKrは車両設計値を用いる。またτは、後輪操舵系のサーボ遅れに合わせて例えば0.1程度に設定する。
TTRL=tTD*Rr/GG/2-tU*Rr/GG
TTRR=tTD*Rr/GG/2+tU*Rr/GG …(B3)
ステップS507の演算後、本ルーチンを終了する。
図3中のステップS414のモードA時の演算ルーチンでは、図8のフローチャートを実行する。
tNRL=tV*(1-Lt*tρ)/Rr*GG
tNRR=tV*(1+Lt*tρ)/Rr*GG …(C1)
tTRL=Kp1*(tNRL-NRL)
tTRR=Kp1*(tNRR+NRR)
図3中のステップS412のモードB時の演算ルーチンでは、図10のフローチャートを実行する。
tTRL=Kp2*(RAT*tNRL-NRL)
ここでRATは、初期値が0とし、f_MB=1のときに所定の速度で1に一致させるように増やし(例えば、5msで0.005ずつ1に近づける)、f_MB=0のときに所定の速度で0に一致させるように減らす(例えば、5msで0.005ずつ0に近づける)操作を行なった変数である。こうすることによって、f_MB=0のときとf_MB=1のときの切替え時において、車両挙動を連続的に変化させる。
tTRR=Kp2*(RAT*tNRR-NRR)
ここでRATは、ステップS1104と同一の値を使用する。
図3中のステップS422のモードR時の演算ルーチンでは、図12のフローチャートを実行する。
tU=KK*δ
KKはステアリングを左に切っているときに、車両上空から見て、車両が時計回りに回転するよう負の値としておく。
tTRL=tTD*Rr/GG/2−tU*Rr/GG
tTRR=tTD*Rr/GG/2+tU*Rr/GG
以上の演算を行なうことにより、車両を後退させることができる。
図3中のステップS421のモードAR時の演算ルーチンでは、図14のフローチャートを実行する。
tNRL=tV*(1-Lt*tρ)/Rr*GG
tNRR=tV*(1+Lt*tρ)/Rr*GG …(D1)
tTRL=Kp3*(tNRL-NRL)
tTRR=Kp3*(tNRR-NRR)
以上の演算を行なうことにより、車両を後退させながら小回りさせることができる。
従来の特開昭48−44914号公報に記載されている電動車両にあっては、前輪に左右駆動力差を与えて旋回する構成であるため、車両旋回時の挙動は、図15(a)に示すように、車両後端が大回りする挙動となる。一方で、通常の前輪操舵の自動車の車両挙動は、図15(b)に示すように、車両前端が大回りする挙動である。したがって、通常の前輪操舵の自動車に慣れた運転者が、特開昭48−44914号公報に記載されている電動車両を操作すると違和感が大きい。
1) 旋回時に図15(b)のように車両前端が大回りする車両姿勢で旋回動作することが可能であり、通常の前輪操舵の自動車に慣れた運転者も違和感少なく車を操作できる。
2) 特開昭48−44914号公報の電動車両と同様に、通常の車よりも小回りすることができる(図16(a)および(b)の動作)。
3) 旋回指令値だけでなく車速に応じて後輪左右駆動力差を調整するようにしたので、車速が大きく変化しそれに応じて車両の旋回特性が変化する場合にあっても、その変化に合わせて車両の挙動を安定に保つような旋回挙動を実現することが可能になる。
4) 車輪各輪にブレーキ機構を付加することで自動車としての制動性能を達成できる。
5) 前輪の転舵角調整機構が不要となるため車両が軽量化できる。また、車両前部の乗員座席を設定するというように、車室空間を拡大することができる。さらに、車両前部のデザイン自由度も増す。
1) 車両の横方向の移動速度を向上させることができ、車両の横移動時の応答性を速めることが可能となった。実施例1の場合、旋回指令発生時に左右駆動力差を発生させると車両にヨーモーメントが発生し、それに応じて後輪に滑り角がつき、それにあわせて車両横方向の力が発生するメカニズムになっているため、旋回指令発生から車両横方向に力が発生するまでの遅れが存在する。これに対し、旋回指令発生と共に後輪を操舵することで直ちに車両横方向に力を発生させることができるようになったので、速やかなレーンチェンジ動作など、車両横方向のより俊敏な動作が可能となった。
2) 車両時の旋回動作(旋回半径やヨーレート)と旋回姿勢を独立に調整できるようになった。車両挙動を調整できる操作入力として、後輪の左右駆動力差および後輪の転舵角の2つを有することで、車両の旋回動作(旋回半径やヨーレート)と旋回姿勢の2つを過渡的にも独立に所望の特性となるように調整することができる。
実施例1の電動車両にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
1) モードP、D、A、B、R、ARの全てにおいて後輪操舵指令値を演算するステップを削除する。
2) モードDについては、実施例1では、ステアリングホイール回転角δに対するヨーレートの応答が規範モデル応答と一致し、ステアリングホイール回転角δに対する車体すべり角の応答も規範モデル応答と一致するように演算するようにしていた。しかし、後輪転舵手段がない形態では操作入力が1つ減るためこれを実現することはできない。そこで、ステアリングホイール回転角δに対するヨーレートの応答のみが規範モデル応答と一致するように左右輪の駆動力差指令値tUを演算する形態とする。つまり式(A7)の第二式の代わりに、Q23(s)/Qden(s)*P1(s)=Gγδを用いて、P1(s)を導出し、それをもとに同様に左右輪の駆動力差指令値tUを演算すればよい。
3RL、3RR 電気モータ
8 ヨーレートセンサ
11 ステアリングホイール
21 操舵角センサ(旋回指令値検出手段)
22 ブレーキペダルセンサ
23 アクセルペダルセンサ
24 加速度センサ
25 シフトレバー
30 統合コントローラ(モータ出力演算手段)
42FL、42FR 前輪
49、50 前輪の回転センサ
51 リンク(後輪転舵手段)
52 転舵用モータ(後輪転舵手段)
Claims (8)
- 電気モータにより左右輪に制駆動力および制駆動力差を発生させる後輪と、
車体の重心位置が後輪寄りとされ、前記後輪と比較して車体横方向に小さな力しか発生せず、車体の向きに追従して回転する前輪と、
旋回指令値、加減速指令値および車速検出値に応じて、前記電気モータの出力を演算するモータ出力演算手段と、
を備え、
前記モータ出力演算手段は、車両の旋回特性が所望の旋回特性となるように前記旋回指令値および前記車速検出値に応じて前記左右輪の電気モータの出力を調整することを特徴とする電動車両。 - 請求項1に記載された電動車両おいて、
旋回指令値に応じて後輪を転舵させる後輪転舵手段を有することを特徴とする電動車両。 - 請求項1または請求項2に記載された電動車両において、
前記モータ出力演算手段は、旋回指令時に車速検出値に応じて前記左右輪の電気モータの制駆動力差を調整することを特徴とする電動車両。 - 請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載された電動車両おいて、
前記モータ出力演算手段は、旋回内輪の後輪近傍を旋回中心として、車両を旋回させる運転モードAを有することを特徴とする電動車両。 - 請求項4に記載された電動車両において、
前記モータ出力演算手段は、運転モードAの選択時、旋回内輪のタイヤ幅内を旋回中心として除外することを特徴とする電動車両。 - 請求項4または請求項5に記載された電動車両において、
前記モータ出力演算手段は、車速検出値が第1車速しきい値以上のときには運転モードAへの移行を禁止することを特徴とする電動車両。 - 請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載された電動車両において、
前記モータ出力演算手段は、後輪左右輪の間の点を旋回中心として車両を回転させる運転モードBを有することを特徴とする電動車両。 - 請求項7に記載された電動車両において、
前記モータ出力演算手段は、車速検出値が第2車速しきい値以上のときには運転モードBへの移行を禁止することを特徴とする電動車両。
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