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【発明の名称】 電気自動車制御装置
【発明者】 【氏名】正木 良三

【氏名】高本 祐介

【氏名】小原 三四郎

【氏名】山村 博久

【氏名】山田 博之
【要約】 【課題】トルク及び速度を制御して、左右のタイヤの路面抵抗係数や空気圧が異なる場合にも運転者の意図する方向に安定して走行できる電気自動車を提供する。

【解決手段】左右のタイヤ２ａ，２ｂをそれぞれ独立に駆動するモータ３ａ，３ｂのモータ速度指令はアクセル７，ブレーキ８，ハンドル１０などの信号を車両制御演算部１５に入力して得るシステムにおいて、トルク検出器１３ａ，１３ｂからの出力トルク信号に基づき、左右の速度差を演算し、これに基づいて、トルク差が所定の値となるように制御する。これにより差動装置と同様に左右のトルク差を０とする制御だけでなく、トルク差を路面状態などに応じて可変することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆動する少なくとも１組以上のモータ群と、前記モータにそれぞれ電圧を供給する電力変換手段と、前記自動車を運転する運転者の指示及び前記自動車の運動状態を検知する検知手段と、前記モータ群が出力する左右のトルクとが一致するように制御するための速度差指令と前記検知手段の信号により演算される車速指令とから前記モータ群の左モータ及び右モータの前記モータ速度指令を算出する速度指令演算手段と、前記モータの速度が前記モータ速度指令になるようにそれぞれの前記モータの速度をフィードバックして前記電力変換手段から供給する電圧を演算し、制御する速度制御手段とを備えたことを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項２】請求項１記載において、上記モータ速度指令を低減することにより、上記左出力トルクと上記右出力トルクとを一致させる様に制御することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項３】請求項１記載において、上記速度制御手段はそれぞれ上記モータ速度指令と上記検知手段から得られるモータ速度との差によりモータトルク指令を演算し、該モータトルク指令から上記出力電圧指令を算出するものであって、上記モータ群の左モータと右モータに対応するそれぞれの前記モータトルク指令が一致するように制御することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項４】請求項１記載において、上記モータがそれぞれ交流モータであり、かつ、上記速度制御手段はそれぞれ上記モータ速度指令と上記検知手段から与えられるモータ速度との差により得られるトルク電流指令と、前記モータ速度から得られる磁束電流指令を演算して、前記トルク電流指令と前記磁束電流指令とのベクトル和から上記出力電圧指令を算出するものであって、上記モータ群の左モータと右モータに対応するそれぞれの前記トルク電流指令が一致するように制御することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項５】自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆動する少なくとも１組以上のモータ群と、前記モータにそれぞれ電圧を供給する電力変換手段と、前記自動車を運転する運転者の指示及び前記自動車の運動状態を検知する検知手段と、前記自動車の車速と前記自動車のハンドルの操舵角から与えられるトルク差指令を算出するトルク差演算手段と、前記モータ群が出力する左右のトルクとの差が前記トルク差指令に一致するように制御するための速度差指令と前記検知手段の信号により演算される車速指令とから前記モータ群の左モータ及び右モータの前記モータ速度指令を算出する速度指令演算手段と、前記モータの速度が前記モータ速度指令になるようにそれぞれ前記モータの速度をフィードバックして前記電力変換手段から供給する電圧を演算し、制御する速度制御手段とを備えたことを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項６】請求項５記載において、上記モータ群の左モータのモータ速度と右モータのモータ速度との差により上記トルク差指令を算出することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項７】請求項５記載において、上記操舵角と直進するときの操舵角の差が増加するに従って上記トルク差指令を増加させるトルク差演算手段を備えていることを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項８】自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆動する少なくとも１組以上のモータ群と、前記モータにそれぞれ電圧を供給する電力変換手段と、前記自動車を運転する運転者の指示及び前記自動車の運動状態を検知する検知手段と、該検知手段の信号により算出した前記モータのそれぞれのモータトルク指令になるようにトルク制御演算を行い、出力電圧指令をそれぞれの前記電力変換手段に出力する制御手段とを備えた電気自動車制御装置において、前記モータ群の左モータのモータ速度と右モータのモータ速度との速度差が所定の速度差制限値を超えたとき、前記モータトルク指令を低減することにより、前記速度差が前記速度差制限値内となるように制御することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項９】請求項８記載において、上記モータ群の中で上記モータ速度が大きいモータの上記モータトルク指令を低減することにより、上記速度差が上記速度差制限値内となるように制御することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項１０】請求項８記載において、上記モータがそれぞれ交流モータであり、かつ、上記トルク制御手段はそれぞれ上記モータトルク指令から得られるトルク電流指令と、前記モータのモータ速度から得られる磁束電流指令を演算して、前記トルク電流指令と前記磁束電流指令とのベクトル和から上記出力電圧指令を算出するものであって、前記トルク電流指令を低減することにより、上記速度差が上記速度差制限値内となるように制御することを特徴とする電気自動車制御装置。
【請求項１１】請求項８記載において、上記自動車の車速が増加するに従って上記速度差制限値を低下させることを特徴とする電気自動車制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は左右のタイヤをそれぞれモータで独立にトルク制御する電気自動車制御装置で、特に、車両運動性能に優れた電気自動車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気自動車制御装置としては、特開昭62−89403号公報，特開昭63−133804号公報，特開平1−298903 号公報等に記載のように、左右のタイヤを複数のモータでそれぞれ独立に駆動する駆動方法が知られている。これらの電気自動車において、主に、２つのモータ制御方法がある。特開昭63−133804号公報の方法はアクセル量，ブレーキ量，ハンドルの操舵角などにより、左右のモータに対するそれぞれのモータ速度指令を算出し、そのモータ速度制御演算を行うものである。この方法は、路面抵抗係数が一定の場合、操舵角に対して理想的なモータ速度を与えられるので、無理なく旋回できる特徴を備えている。
【０００３】また、特開昭62−89403 号公報で示されている方法はトルク差により左右のモータを駆動するインバータ周波数を変化させるようにしたもので、機械式の差動装置と同様のシステムを電気的に達成しようとするものである。また、特開平1−298903号公報に開示された方法はアクセル量，ブレーキ量，ハンドルの操舵角などにより、左右のモータに対するそれぞれのモータトルク指令を算出し、そのモータトルク指令となるようにトルク制御演算を行うものである。後者の２つの公知例は基本的に速度制御ループを持たない方法である。この方法は左右のタイヤを１つのモータ、あるいは、エンジンで駆動する場合に用いる差動装置と同様の働きを容易に実現することができるので、左右のタイヤの路面抵抗係数が異なる場合などでも運転者が希望する方向に進行することができる特徴を備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術はそれぞれ下記の点で問題があった。まず、速度制御演算による方法は、左右のタイヤの路面抵抗係数や空気圧が異なる場合には、操舵角が０でも直進できないことがある。また、第２の方法はトルクをインバータ周波数だけで制御するものであるため、定常状態ではトルク制御を行うことはできるものの、過渡状態まではトルク制御を行うことができず、過渡現象による左右のトルク差で、直進時の車両の直進性、および、カーブ時の車両運動性能が低下するという問題点があった。さらに、第３の方法では、トルク制御による方法は泥道や雪道などのように、一方の路面抵抗係数だけが極端に低い場合、そのモータだけが高速回転になる可能性がある。そのような高速回転になっている状況で、その路面抵抗係数が急に高くなったとき、急旋回することもある。
【０００５】そこで、本発明の目的は、左右のタイヤをそれぞれのモータにより独立に制御する電気自動車において、左右のタイヤの駆動トルクを過渡時を含めて常に一定にして直進性、および、車両運動性能を向上させた電気自動車制御装置を提供することにある。本発明の他の目的は左右のタイヤをそれぞれのモータにより独立に制御する電気自動車において、運転者の希望する方向に高速に車両を制御することのできる電気自動車制御装置を提供することにある。本発明の左，右のタイヤをモータにより独立にトルク制御する電気自動車において、泥道や雪道などのように、一方の路面抵抗係数だけが極端に低い場合にも、モータが高速回転になることを防止する電気自動車制御装置を提供することも目的にしている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆動する左モータと右モータから構成される１組、あるいは、複数のモータ群と、それらのモータにそれぞれ電圧を供給する電力変換手段と、自動車を運転する運転者の指示及び自動車の運動状態を検知する検知手段と、その検知手段の信号により演算される車速指令、および、左モータが出力する左出力トルクと右モータが出力する右出力トルクとが一致するように制御するための速度差指令から左モータ及び右モータのそれぞれのモータ速度指令を算出する速度指令演算手段と、それらのモータ速度がそれぞれのモータ速度指令になるようにモータ速度をそれぞれフィードバックして速度制御する速度制御手段とを備え、速度制御手段において、速度制御演算によりそれぞれのモータに印加する電圧を演算し、その結果に基づき、電力変換手段を制御することにより、達成される。
【０００７】また、上記第２の目的を達成するために、自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆動する左モータと右モータからなる１組、あるいは、複数のモータ群と、それらのモータにそれぞれ電圧を供給する電力変換手段と、自動車を運転する運転者の指示及び自動車の運動状態を検知する検知手段と、自動車の車速とハンドルの操舵角から与えられるトルク差指令を算出するトルク差演算手段と、左モータが出力する左出力トルクと右モータが出力する右出力トルクとの差が算出したトルク差指令に一致するように制御するための速度差指令と検知手段の信号により演算される車速指令とから左モータ及び右モータのそれぞれのモータ速度指令を算出する速度指令演算手段と、それらのモータ速度がそれぞれのモータ速度指令になるようにモータ速度をそれぞれフィードバックして速度制御する速度制御手段とを備え、速度制御手段において、速度制御演算によりそれぞれのモータに印加する電圧を演算し、その結果に基づき、電力変換手段を制御するようにしたものである。
【０００８】さらに、上記第３の目的は、自動車の左右のタイヤをそれぞれ独立に駆動する左モータと右モータから構成される１組、あるいは、複数のモータ群と、それらのモータにそれぞれ電圧を供給する電力変換手段と、自動車を運転する運転者の指示及び自動車の運動状態を検知する検知手段と、その検知手段の信号により算出したモータトルク指令となるようにトルク制御演算を行い、出力電圧指令をそれぞれの電力変換手段に出力する制御手段を備えた電気自動車制御装置において、左右のモータ速度の差が所定の速度差制限値を超えたとき、モータトルク指令を低減するように制御する手段を備えることにより、達成される。
【０００９】速度指令演算手段は運転者が操作するアクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込み量、つまり、アクセル量，ブレーキ量，ハンドルの操舵角などを入力し、車速指令をアクセル量，ブレーキ量から演算する。また、左右のモータの基準速度指令はハンドルの操舵角に応じて車速指令をそれぞれ補正することにより算出している。また、左右のモータが出力する出力トルクの差から速度差指令を算出する。左右のモータの速度指令は基準速度指令と速度差指令から算出される。速度制御手段では、これらの速度指令に対して、単にインバータ周波数だけを制御するのではなく、それぞれのモータ速度をフィードバックして、速度指令とモータ速度の差からトルク指令を演算し、これにより速度制御を行っている。速度制御では、トルク指令に基づくトルク電流指令と、モータ速度に基づく磁束電流指令を演算し、ベクトル演算により電流指令を得ている。さらに、電流指令を基にそれぞれの電流を制御する電流制御として、電圧指令を与えている。この電圧指令となるように、制御手段から制御パルスをそれぞれ電圧変換手段に出力している。それぞれの電力変換手段では、制御パルスにより、モータに供給する出力電圧を発生している。これにより、それぞれのモータから出力トルクが発生し、左右のタイヤを駆動する。
【００１０】ここで、路面抵抗係数が左右のタイヤに対して異なるときの作用について述べる。例えば、直進時に左のタイヤの路面抵抗係数が右のタイヤのそれよりも大きい場合には、左モータの出力トルクが右モータの出力トルクよりも大きくなる。制御手段において、この出力トルクの差を検知し、その差が減少するように、左モータの速度指令を低減する。速度制御では、モータ速度をフイードバックしているので、過渡時を含めて高速でトルクを制御が行われる。
【００１１】また、第２の目的を達成するためには、次のように動作する。まず、トルク差演算手段において、自動車の車速とハンドルの操舵角を入力し、旋回時に自動車を旋回させるのに最適なトルク差指令を演算する。速度指令演算手段では、左右のモータの出力トルク差を算出した後、トルク差演算手段で得られたトルク差指令と出力トルク差との差に基づき、速度差指令を算出する。左右のモータの速度指令は基準速度指令と速度差指令から算出される。速度制御手段では、これらの速度指令に対して、それぞれのモータ速度をフィードバックして、速度指令とモータ速度の差からトルク指令を演算し、これにより速度制御を行っている。このような動作により、高速に左右のモータのトルク差をトルク差指令に一致させる。
【００１２】さらに、第３の目的を達成させるためには、次のように作用する。制御手段において、運転者が操作するアクセルペダルおよびブレーキペダルの踏み込み量、つまり、アクセル量，ブレーキ量，ハンドルの操舵角などを入力し、車両のトルク指令をアクセル量，ブレーキ量から演算する。また、左右のモータのトルク指令はハンドルの操舵角に応じて車両のトルク指令をそれぞれ補正することにより算出することもできる。また、左右のモータが出力する出力トルクの差から速度差指令を算出する。これらのトルク指令に対して、それぞれのモータがそのトルクを発生するようにトルク制御演算を行っている。このトルク制御演算の結果、電流指令を算出し、これに基づきモータを駆動している。次に、駆動している片側のタイヤだけがぬかるみ、雪道などでスリップした場合、そのタイヤはモータにより加速され、高速に回転し始める。制御手段では、左右のモータ速度の差を比較しており、その差があらかじめ、設定した速度差制限値を超えた場合、左右の路面抵抗係数が大きく異なるとみなして、そのモータトルク指令を低減する。これにより、モータの出力トルクは減少し、そのモータ速度は抑制されるので、左右のモータ速度の差は速度差制限値内になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１により説明する。図１が電気自動車の前輪をそれぞれ独立に誘導モータで駆動したときの実施例である。電気自動車１における左前輪２ａと右前輪２ｂはそれぞれ誘導モータ３ａ，３ｂに接続されており、インバータ４ａ，４ｂにより独立に駆動される。これらのインバータはＰＷＭパルスＰａ，Ｐｂ（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各ＰＷＭパルスＰａ，ＰｂはそれぞれＰａｕ，Ｐａｖ，Ｐａｗ，Ｐｂｕ，Ｐｂｖ，Ｐｂｗとする）により制御され、バッテリー５を電源としてモータに供給する電力を変換している。ＰＷＭパルスＰａ，Ｐｂを発生する制御装置６は運転者の操作出力であるアクセルペダル７とブレーキペダル８からそれぞれ得られるアクセル踏み込み量ｘa，ブレーキ踏み込み量ｘbを入力している。制御装置６へのその他の入力信号としては、前進，後進，駐車を運転者が指示する運転モードレバー９のモード信号ＭD ，舵角センサ１０により検出されるハンドル１１の操舵角θｓ，検出するエンコーダ１２ｃ，１２ｄによりそれぞれ検出される左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度信号ωc，ωd、誘導モータ３ａ，３ｂの速度ωL，ωR、トルク検出器１３ａ，１３ｂによりそれぞれ検出される誘導モータ３ａ，３ｂの出力トルクτa，τb、電流制御を行うためにフィードバックするモータ電流ｉa，ｉb（Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各モータ電流ｉa，ｉbはそれぞれｉau，ｉav，ｉaw，ｉbu，ｉbv，ｉbwとする）がある。制御装置６は誘導モータ３ａ，３ｂの速度制御をそれぞれ行うための速度制御演算部１４ａ，１４ｂ，アクセル踏み込み量ｘa，ブレーキ踏み込み量ｘb，操舵角θS などから車両制御演算を行い、その速度制御演算部に速度指令ωL*，ωR*を出力するための車両制御演算部１５，本発明の特徴である誘導モータ３ａ，３ｂの出力トルクτa，τbを一致させるための速度差指令演算部１６から構成されている。
【００１４】ここで、制御装置６に動作について、図２を用いて説明する。まず、車両を動作させる車両制御演算部１５は、主に、自動車１の車速指令ω* を算出するための車速演算部１７と、旋回時における左右のモータ速度差、つまり、旋回速度差指令ωS*を算出するための旋回速度演算部１８からなる。車速演算部１７では、アクセル踏み込み量ｘa，ブレーキ踏み込み量ｘb，モード信号ＭD により、車速指令ω*を演算している。車速指令ω*はアクセル踏み込み量ｘa が大きいほどその増加率を大きくなるように演算している。なお、その増加率はモータ速度ωL，ωR の平均値が増加するにつれて減少するものである。また、ブレーキ踏み込み量ｘb により、車速指令ω*の減速率を変化させている。モード信号ＭDが前進，後進のときは、車速指令ω* はそれぞれ正の値，負の値となるように符号を付ける。ここで、車速が０で、しかも、モード信号ＭD が駐車モードになっている場合には、車速指令ω*はアクセル踏み込み量ｘa，ブレーキ踏み込み量ｘb にかかわらず、常に０とするようにしている。以上の演算により、車速指令ω* を算出している。次に、旋回速度演算部１８では、ハンドル１１の操舵角θS により旋回速度差指令ωS* を算出している。旋回中の内輪と外輪の速度差は操舵角θSだけでなく、車速によっても変化するので、これを考慮するために非駆動輪である左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度信号ωc，ωdを入力し、その平均値を車速とみなして、旋回速度差指令ωS*を補正している。左に旋回する方向を正とすれば、誘導モータ３ａの基本速度指令ωLS*は車速指令ω*から旋回速度差指令ωS*を減算して得ることができる。また、誘導モータ３ｂの基本速度指令ωRS* は車速指令ω* に旋回速度差指令ωS*を加算して得られる。速度指令ωL*，ωR*はこれらの値からそれぞれ後述する左減速指令ωDL*，右減速指令ωDR*を減じることにより得ている。以上の方法で自動車の運動状態を検知して、誘導モータ３ａ，３ｂの速度指令ωL*，ωR*を決定している。
【００１５】次に、この速度指令に基づいてモータの速度制御演算を行う速度制御演算部について、１４ａを用いて説明する。図２に示すように、速度制御演算部１４ａは速度制御部１９，ベクトル演算部２０，電流制御部２１，ＰＷＭ制御部２２から構成されている。速度制御部１９では、速度指令ωL*と検出したモータ速度ωLを突き合わせて誘導モータ３ａのトルク指令τL*を演算する速度フィードバック制御を行っている。また、ベクトル演算部２０では、そのトルク指令τL*とモータ速度ωL から、トルク電流と励磁電流を演算した後、座標変換により誘導モータ３ａの３相の電流指令ｉau*，ｉav*，ｉaw* を出力している。電流制御部２１においては、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相に対応する電流指令ｉau*，ｉav*，ｉaw*とモータ電流ｉau，ｉav，ｉawをそれぞれ用いて電流フィードバック制御を行い、３相の電圧指令ｖau*，ｖav*，ｖaw* を得ている。これらの電圧指令に基づき、インバータ４ａにＰＷＭパルスＰau，Ｐav，Ｐawを出力する演算を行っているのがＰＷＭ制御部２２である。速度制御演算部１４ｂについても、速度指令ωR*，モータ速度ωRなどにより同様の演算を行い、ＰＷＭパルスＰbu，Ｐbv，Ｐbw を出力している。
【００１６】では、本発明の特徴である速度差指令演算部１６について説明する。これはトルク差制御部２３，左右減速指令部２４からなる。出力トルクτa，τbからその差を演算し、トルク差制御部２３に入力している。ここでは、出力トルクの差から比例制御演算，積分制御演算、あるいは、それらを組み合わせた演算を行い、出力トルクを一致させるための速度差指令ωD*を得ている。また、必要な場合には、微分制御演算を組み合わせて演算してもよい。左右減速指令部２４では、速度差指令ωD*を入力し、左減速指令ωDL*，右減速指令ωDR*を出力するための演算を行っている。図３において、出力トルクを一致させる原理について、左前輪２ａ、右前輪２ｂでの路面抵抗係数μL，μRが異なる例で説明する。図３（ａ）がタイヤのスリップ率、つまり、モータ速度と車速との差に対する路面抵抗係数のグラフである。一般的に路面抵抗係数が最大となるスリップ率以内で使用されている。ここで、自動車１が直進し、モータ速度ωL，ωRが一致しているとき、そのスリップ率が図３（ａ）のａ点とすると、路面抵抗係数μL，μRは【００１７】
【数１】μL＞μRなので、左前輪２ａ，右前輪２ｂで路面を駆動する出力トルクτa，τbは図３（ｂ）に示すように、【００１８】
【数２】τa＞τbとなる。したがって、たとえ、モータ速度ωL，ωRが一致していても、出力トルクτa，τbが異なるので、右方向に旋回してしまう。そこで、左前輪２ａの路面抵抗係数μLがμRに一致するように、そのスリップ率だけを図３（ａ）のｂ点に移動すればよい。つまり、左前輪２ａのスリップ率を減少するために、そのモータ速度ωL を低減していく。τaとτbの差をフィードバック制御により、これを行えば、出力トルクτa，τbを一致できる。図３（ｃ）がそのモータ速度ωL を低減したことによる減少トルクτDaのベクトルを表しており、この原理により出力トルクτa，τbを一致させることができる。
【００１９】左右減速指令部２４の処理内容を図４のフローチャートで示す。ステップ101で速度差指令ωD*を入力し、ステップ１０２においてその正負を判断する。ωD*が正の場合には、タイヤ２ａの出力トルクτaがτbと比較して大きいので、出力トルクを一致するために、誘導モータ３ａの出力トルクτa を小さくする必要がある。したがって、ステップ１０３，１０４において、誘導モータ３ａのモータ速度ωL だけを低減するため、左減速指令ωDL*に速度差指令ωD*を、右減速指令ωDR* に０を代入している。また、ωD*が負のときは、同様に、ステップ１０５，１０６において、右減速指令ωDR* に速度差指令ωD*の絶対値を、左減速指令ωDL*に０を代入している。制御した結果、出力トルクτa，τbが一致すれば、ωD*が０となる。そのときは、減速する必要がないので、ステップ１０７，108では、左減速指令ωDL*、右減速指令ωDR*ともに０としている。ステップ１０９において、それらを出力している。以上の処理により、出力トルクを一致させることができるので、機械式の差動装置と同様の動作を２つのモータの速度制御で実現できる特徴がある。したがって、モータの速度制御を行いながら、運転者の意図した方向に安定して走行することができる。また、左右減速指令部２４の処理方法を用いれば、常にモータ速度を減速する方向で、出力トルクを一致さられるので、ぬかるみや雪道における片側だけのタイヤの空転を防止できる。したがって、本実施例は差動装置の欠点を解消することもできる。なお、左右減速指令部２４の処理は当然のことながら、ソフトウェアでなく、ハードウェアでも実現できる。
【００２０】本実施例は二輪駆動車，全輪駆動あるいはそれらの組合わせのものでも有効であることは言うまでもない。
【００２１】図５は図２における出力トルクτa，τbの代わりに、速度制御部１９で得られたトルク指令τL*，τR*を用いた他の実施例である。速度制御演算部１４ａ，１４ｂでは、演算されたトルク指令τL*，τR*に対して、ベクトル演算部２０，電流制御部２１，ＰＷＭ制御部２２において、それぞれ誘導モータのベクトル制御演算，モータ電流をフィードバックして制御する演算，ＰＷＭパルスを発生するための演算を行う。これにより、誘導モータ３ａ，３ｂからの出力トルクτa，τb は制御応答の遅れ、ベクトル演算におけるモータ定数の誤差などを除いて、トルク指令τL*，τR*とほぼ一致した値となる。一般に、速度制御の応答はトルク制御の応答の遅れよりも遅いので、この実施例のように、トルクの差から速度指令ωL*，ωR*を補正する場合には、トルク制御応答の遅れは問題にならない。また、モータ定数の誤差はベクトル制御のパラメータを学習することにより、補正できる。そのため、速度制御部１９で算出されたトルク指令τL*，τR*を用いても、誘導モータ３ａ，３ｂの出力トルクτa，τbをほぼ一致させることができる。また、左右減速指令部２４には、モータ速度ωL，ωRと手動スイッチＳMを入力している。この処理内容を図６のフローチャートに示す。図４に比べて、ステップ１１０，ステップ１１１を追加した点が異なる。ステップ１１０では、モータ速度ωL，ωRがいずれも０であるかを判断し、０である場合には、ステップ１１１にジャンプする。ステップ１１１では、手動スイッチＳM が１か０かを判断している。手動スイッチＳM が１のときには、ステップ１０７以降の処理を行う。つまり、左減速指令ωDL*，右減速指令ωDR*を０としている。このことは運転者が手動スイッチを１とした場合には、トルク差制御を行わないことを意味する。そのため、運転者が手動スイッチによりトルク差制御を行うか否かを自由に選択でき、路面状態に適したほうの制御を行えるという特徴がある。なお、モータ速度が０でないとき、つまり、自動車が走行しているときには、切り替えられないようなフローチャートになっているので、誤って操作しても無視され、安全性を考慮している。したがって、本実施例を用いれば、トルク検出器１３ａ，１３ｂを用いることなく、左右のタイヤの出力トルクを一致させることができるとともに、運転者の意志により運転方法を選択できる。
【００２２】図７は自動車の運転状態により出力の差を制御するための他の実施例を示す制御装置の構成図である。図２に対して、図７は速度指令演算部１６内のトルク差指令部２５を追加した点、モータ速度ωL，ωRによる速度差指令ωD*の制御をトルク差制御部２３において行う点が異なる。トルク差指令演算部２５には操舵角θｓ，左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度ωc，ωdを入力し、それらに基づき、トルク差指令τD*を演算している。このトルク差指令演算部２５は図８のブロック図に示すように、操舵トルク差演算部２６，車速演算部２７，車速感応制御部２８から構成されている。この処理方法について以下述べる。操舵トルク差演算部２６は操舵角θｓから比例制御，微分制御、あるいは、それらを組み合わせた制御演算を行うことにより、操舵トルク差指令τS*を算出する。次に、車速演算部２７では、非駆動輪である左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度ωc，ωdの平均を求めることで、車速Ｖとしている。車速感応制御部２８においては、この車速Ｖにより操舵トルク差指令τS*の大きさを図８に示すように補償し、トルク差指令τD*としている。これは車両の運動制御が必要である高速時にトルク差制御の効果をより高めるためである。ここで、操舵トルク差演算部２６における比例制御は旋回中の車両における内側の出力トルクを外側のそれよりも減少させることにより、自動車の旋回性を高めることができる効果がある。例えば、図９に示すように、車速がＶのとき、ハンドル１１を左に操舵すれば、左の誘導モータ３ａの出力トルクτaが右の誘導モータ３ｂの出力トルクτbよりも減少し、左方向に旋回しやすくなることがわかる。また、微分制御はハンドルの操作に対する出力トルクの応答性を改善する効果がある。そのため、これらを組み合わせることにより、最適な運転性を得ることができる。
【００２３】トルク差制御部２３の処理は図１０に示す。トルク差制御部２３は速度差演算部２９，速度差制限部３０，外部制限部３１，速度差ゲイン演算部３２からなる。速度差演算部２９は図２の実施例で説明した比例・積分制御を行うもので、基準速度差指令ωD0*を出力する。この基準速度差指令ωD0*に対して、速度差制限部３０，外部制限部３１でそれぞれ速度差ゲインｋω，外部ゲインｋｏとの積を算出することにより、速度差指令ωD*を得ている。速度差ゲインｋωは速度差ゲイン演算部３２において、モータ速度ωL，ωRの差から決定しており、モータ速度差が０付近では１、所定の値以上に増加したときに０となるようにしてある。また、外部ゲインｋｏは運転者が外部からそのゲインを０から１の範囲で設定できるようにしたものである。したがって、速度差ゲインｋω，外部ゲインｋｏともに、その値が１のときは出力トルクの差を所定の値にする制御を行うことになり、また、そのいずれかの値が０のときには、出力トルクの差の制御を行わないことになる。そのため、片側のタイヤがぬかるみなどでスリップしているときには、誘導モータ３ａ，３ｂのモータ速度ωL，ωRの差が増加するので、出力トルクの差の制御を自動的に停止し、通常の速度制御だけが行われる。これにより、ぬかるみに入っていないほうのタイヤの出力トルクを最大限利用してぬかるみから脱出できる。したがって、従来の機械式の差動制限装置よりも制御性のよいシステムを提供できる。また、ぬかるみや雪道の特性は一定でないので、自動的に行う方法だけでは、ぬかるみなどから脱出できない場合がある。そこで、運転者がそのトルク差制御の影響力を調整することにより、ぬかるみからのより簡単に脱出できる。
【００２４】以上のことから、この実施例を用いれば、自動車の旋回性，ハンドルの操舵性を改善できるとともに、ぬかるみや雪道における空転を防止し、簡単にそこから脱出できる。
【００２５】図１１は図１と異なり、速度制御でなく、トルク制御により誘導モータを制御した場合の他の実施例である。図１１における入力信号としては、図１と比較してトルク検出器１３ａ，１３ｂがない点が異なる。また、制御装置６はトルク型車両制御演算部３３，トルク制御演算部３４ａ，３４ｂ，トルク差指令演算部３５から構成されており、その処理内容を表すブロック図を図１２に示す。まず、トルク制御演算部３４ａ，３４ｂは図２の実施例における速度制御演算部14ａ，１４ｂの速度制御部１９を取り除いて、誘導モータ３ａ，３ｂのトルク指令τL*，τR*を直接入力したものである。したがって、トルク指令τL*，τR*に対しては、誘導モータ３ａ，３ｂの制御は開ループとなっている。また、トルク型車両制御演算部３３では、基準トルク指令演算部３６でアクセル踏み込み量ｘa，ブレーキ踏み込み量ｘb ，左後輪２ｃ，右後輪２ｄの回転速度ωc，ωdの平均である車速Ｖから基準トルク指令τ*を算出した後、左トルク制限指令τDL*，右トルク制限指令τDR* を減算することにより、それぞれ、誘導モータ３ａ，３ｂのトルク指令τL*，τR*としている。左トルク制限指令τDL*，右トルク制限指令τDR*がともに０であれば、誘導モータ３ａ，３ｂはいずれもトルク指令τL*となるように制御されるので、機械式の差動装置と同様の動作が行われる。
【００２６】ここで、この実施例の特徴であるトルク差指令演算部３５、つまり、左トルク制限指令τDL*，右トルク制限指令τDR*の演算方法について説明する。トルク差指令演算部３５には、モータ速度の差を得るためのモータ速度ωL，ωRと、車速Ｖを得るための回転速度ωc，ωdが入力される。これらから得られたモータ速度の差と車速Ｖはトルク差演算部３７に入力される。図１２に示すように、モータ速度の差が所定の値以上になったとき、トルク差指令τD*が発生するようになっている。また、車速Ｖが高速になるに従って、トルク差指令τD*も増加するようにしてある。これは高速のときモータ速度の差が増加し過ぎることなく、安全に、しかも、安定に走行するようにするためのものである。トルク制限指令演算部３８では、トルク差指令τD*から誘導モータ３ａ，３ｂのいずれの出力トルクを低減するかを判断している。図４のフローチャートと同様に、トルク差指令τD*が正のときには、左トルク制限指令τDL* をトルク差指令τD*の値に、右トルク制限指令τDR* を０にして出力する。また、それが負であれば、左トルク制限指令τDL*を０に、右トルク制限指令τDR*をトルク差指令τD*の絶対値にして出力するものである。この方法により、常に、出力トルクを制限する方向で、モータ速度の差による制御を行っていることになり、安全性を高められる。
【００２７】本実施例によれば、トルク制御を基本とする誘導モータ駆動の電気自動車においても、ぬかるみなどでの空転を防止することができる特徴を持つ。
【００２８】以上が本発明の一実施例であり、２つのモータで前輪を独立に駆動する場合について述べたが、四輪を独立に駆動する場合に適用してもよい。また、モータの種類についても、誘導モータだけでなく、他のモータでも適用できる。さらに、制御装置の構成方法については、マイクロコンピュータによるソフトウェア処理でも、同様の機能を有するハードウェアでも制御できることは言までもない。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、左右のモータの速度差について速度指令を減少させる方向で制御し、そのトルク差を所定の値にすることにより、駆動輪の路面抵抗係数が左右で異なる場合にも、運転者が意図する方向に走行させることができ、ぬかるみなどの場所でも容易に脱出できる効果がある。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【識別番号】０００２３２９９９
【氏名又は名称】株式会社日立カーエンジニアリング
【出願日】 平成３年３月２５日（１９９１．３．２５）
【代理人】 【識別番号】１０００７５０９６
【弁理士】
【氏名又は名称】作田 康夫
【公開番号】 特開２００１−１７７９０６（Ｐ２００１−１７７９０６Ａ）
【公開日】 平成１３年６月２９日（２００１．６．２９）
【出願番号】 特願２０００−３３３５２１（Ｐ２０００−３３３５２１）