(57)【要約】【課題】電気自動車の重量を精度よく、かつ簡単に推定することができる、電気自動車の重量推定装置および重量推定方法を提供する。【解決手段】前輪モータ４０と後輪モータ５０とのトルク配分比を変化させるトルク配分比制御部１２と、電気自動車１の加速時における前輪６０および後輪７０のトラクション限界値をそれぞれ推定するトラクション限界値推定部１３と、変化前後のトルク配分比、並びに、トルク配分比が変化する前後それぞれにおける前輪および後輪のトラクション限界値に基づいて、電気自動車１の非加速時において前輪６０および後輪７０のそれぞれに掛かる垂直荷重を推定する垂直荷重推定部１４と、電気自動車１の非加速時において前輪６０および後輪７０に掛かる垂直荷重に基づいて電気自動車１の重量を推定する車両重量推定部１５と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前輪駆動用の前輪モータおよび後輪駆動用の後輪モータを有する電気自動車の重量推定装置であって、
前記前輪モータと前記後輪モータとのトルク配分比を変化させるトルク配分比制御部と、
前記電気自動車の加速時における前記前輪および前記後輪のトラクション限界値をそれぞれ推定するトラクション限界値推定部と、
変化前後の前記トルク配分比、並びに、前記トルク配分比が変化する前後それぞれにおける前記前輪および前記後輪のトラクション限界値に基づいて、前記電気自動車の非加速時において前記前輪および前記後輪のそれぞれに掛かる垂直荷重を推定する垂直荷重推定部と、
前記電気自動車の非加速時において前記前輪および前記後輪に掛かる垂直荷重に基づいて前記電気自動車の重量を推定する車両重量推定部と、
を有する、電気自動車の重量推定装置。
【請求項２】
前記トラクション限界値推定部は、
前記前輪モータおよび前記後輪モータの回転数、並びに前記電気自動車の車速に基づいて、前記前輪および前記後輪のスリップ率をそれぞれ算出するスリップ率算出部と、
前記前輪のスリップ率および前記後輪のスリップ率に基づき、前記スリップ率が所定の値以下となる前記電気自動車の加速度の最大値である最大加速度を推定する加速度推定部と、
を有する、
請求項１に記載の電気自動車の重量推定装置。
【請求項３】
前記垂直荷重推定部は、前記前輪と前記後輪のそれぞれに対して、前記トルク配分比が変化する前後それぞれにおける前記トラクション限界値、および、変化前後の前記トルク配分比に応じて決定される、前記前輪から前記後輪への荷重移動の割合を示す荷重移動率に基づいて、前記電気自動車の非加速時において前記前輪または前記後輪に掛かる垂直荷重を推定する、
請求項１または２に記載の電気自動車の重量推定装置。
【請求項４】
前記垂直荷重推定部は、前記前輪のスリップ率に基づき推定された最大加速度を用いて、前記電気自動車の非加速時において前記前輪に掛かる垂直荷重を推定し、前記後輪のスリップ率に基づき推定された最大加速度を用いて、前記電気自動車の非加速時において前記後輪に掛かる垂直荷重を推定する、
請求項３に記載の電気自動車の重量推定装置。
【請求項５】
前記車両重量推定部は、前記前輪または前記後輪に掛かる垂直荷重、および、前記電気自動車における前記前輪と前記後輪の重量配分比に基づいて、前記電気自動車の重量を推定する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の電気自動車の重量推定装置。
【請求項６】
前輪駆動用の前輪モータおよび後輪駆動用の後輪モータを有する電気自動車の重量推定方法であって、
前記前輪モータと前記後輪モータとのトルク配分比を変化させて、前記前輪および前記後輪のトラクション限界値を複数回推定し、
前記複数回推測した前記前輪および前記後輪の加速度、並びに前記トルク配分比に基づいて、前記前輪および前記後輪に掛かる垂直荷重をそれぞれ推定し、
前記前輪および前記後輪に掛かる垂直荷重に基づいて前記電気自動車の重量を推定する、
電気自動車の重量推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電気自動車の重量を推定する重量推定装置および重量推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の重量を推定し、推定した重量を用いて車両の加速度や減速度を補正することが行われている。このような補正は、重量が大きく、積載物によって重量が変化するトラック等の車両で特に有用である。
【０００３】
精度よく加速度や減速度の補正を行うためには、車両の重量を精度よく推定する必要がある。車両重量の推定方法として、例えば特許文献１に開示された技術がある。特許文献１には、ハイブリッド車両の空荷状態のときに計測した空荷車重と、空荷状態のときに電動発電機のみによる走行を行った場合の電動発電機のトルク検出値と、車両進行方向の加速度検出値と、電動発電機のみにより走行しているときのトルク検出値および加速度検出値とから車両の推定車重を算出する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−７７８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
車両の重量をより精度よく、簡単に推定することが要望されている。
【０００６】
本開示の目的は、電気自動車の重量を精度よく、かつ簡単に推定することができる、電気自動車の重量推定装置および重量推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る電気自動車の重量推定装置は、前輪駆動用の前輪モータおよび後輪駆動用の後輪モータを有する電気自動車の重量推定装置であって、前記前輪モータと前記後輪モータとのトルク配分比を変化させるトルク配分比制御部と、前記電気自動車の加速時における前記前輪および前記後輪のトラクション限界値をそれぞれ推定するトラクション限界値推定部と、変化前後の前記トルク配分比、並びに、前記トルク配分比が変化する前後それぞれにおける前記前輪および前記後輪のトラクション限界値に基づいて、前記電気自動車の非加速時において前記前輪および前記後輪のそれぞれに掛かる垂直荷重を推定する垂直荷重推定部と、前記電気自動車の非加速時において前記前輪および前記後輪に掛かる垂直荷重に基づいて前記電気自動車の重量を推定する車両重量推定部と、を有する。
【０００８】
本開示の一態様に係る電気自動車の重量推定方法は、前輪駆動用の前輪モータおよび後輪駆動用の後輪モータを有する電気自動車の重量推定方法であって、前記前輪モータと前記後輪モータとのトルク配分比を変化させて、前記前輪および前記後輪のトラクション限界値を複数回推定し、前記複数回推測した前記前輪および前記後輪の加速度、並びに前記トルク配分比に基づいて、前記前輪および前記後輪に掛かる垂直荷重をそれぞれ推定し、前記前輪および前記後輪に掛かる垂直荷重に基づいて前記電気自動車の重量を推定する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、電気自動車の重量を精度よく、かつ簡単に推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電気自動車の構成を例示したブロック図
【図２】重量推定装置について説明するためのブロック図
【図３】車輪接地面の摩擦係数μとスリップ率Ｓとの関係を示すグラフ
【図４】１つの車輪における、非加速時の垂直荷重の推定方法について説明するための図
【図５】重量推定装置の動作を説明するためのフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は一例であり、本開示はこの実施形態により限定されるものではない。
【００１２】
＜全体構成＞
図１は、電気自動車１の構成を例示したブロック図である。図１に示すように、電気自動車１は、重量推定装置１０と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２０と、センサ群３０と、前輪モータ４０と、後輪モータ５０と、一対の前輪６０と、一対の後輪７０と、を有する。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態において、電気自動車１は前輪６０と後輪７０とがそれぞれ異なるモータによって駆動される。これにより、前輪６０と後輪７０とが互いに独立して駆動制御される。
【００１４】
重量推定装置１０は、前輪６０および後輪７０のトルク配分比を変化させることにより、電気自動車１の重量（以下、車両重量と記載する）を推定する。重量推定装置１０による車両重量の推定方法の詳細については、後述する。
【００１５】
なお、本実施の形態において、重量推定装置１０は装置と記載されているが、マイクロプロセッサ等によってハードウェア的に実現されていてもよいし、プログラムの実行によって実現されるソフトウェアであってもよい。また、本実施の形態では、説明のため、重量推定装置１０とＥＣＵ２０とを独立させているが、本開示はこれに限定されず、例えば重量推定装置１０がＥＣＵ２０の機能の一部として実現されていてもよい。
【００１６】
ＥＣＵ２０は、電気自動車１の全体の制御（例えば、モータ制御、バッテリ（不図示）制御、電装品（エアコン等）制御）を行う。ＥＣＵ２０の例としては、ＣＰＵ（Central Control Unit）やＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロプロセッサ等が挙げられる。
【００１７】
なお、本実施の形態においては、ＥＣＵ２０が電気自動車１の全体の制御を行うとしたが、本開示はこれに限定されない。例えばモータ制御を行うユニットと、バッテリ制御を行うユニットと、電装品制御を行うユニットと、が互いに独立していてもよい。その場合、本実施の形態におけるＥＣＵ２０は、主にモータ制御を行うユニットである。
【００１８】
センサ群３０は、重量推定装置１０における車両重量の推定に用いられる各種データを取得する。センサ群３０の詳細については、後段の図２において説明する。
【００１９】
前輪モータ４０は、ＥＣＵ２０の制御に応じて、前輪６０を回転させる。また、後輪モータ５０は、ＥＣＵ２０の制御に応じて、後輪７０を回転させる。これにより、電気自動車１は、加速および走行を行うことができる。
【００２０】
図２は、重量推定装置１０について説明するためのブロック図である。また、図２には、センサ群３０の備えるセンサについても図示されている。
【００２１】
図２に示すように、センサ群３０は、アクセル開度センサ３１と、車速センサ３２と、加速度センサ３３と、を有する。アクセル開度センサ３１は、電気自動車１のドライバーが、図示しないアクセルペダルを踏み込んだ度合い（アクセル開度）を検知する。また、車速センサ３２は、電気自動車１の車速を検知する。また、加速度センサ３３は、電気自動車１の車体に掛かる加速度を検知する。
【００２２】
なお、図２に示す、センサ群３０が有するセンサは一例であり、本開示はこれに限定されない。例えば、車速センサ３２は独立したセンサではなくてもよく、ＥＣＵ２０が車速を示す車速信号を出力してもよい。
【００２３】
次に、重量推定装置１０について説明する。図２に示すように、重量推定装置１０は、トルク算出部１１と、トルク配分比制御部１２と、トラクション限界値推定部１３と、垂直荷重推定部１４と、重量推定部１５と、を有する。重量推定装置１０は、電気自動車１の加速時において、車両重量を推定することができる。
【００２４】
トルク算出部１１は、アクセル開度センサ３１が検知したアクセル開度に基づいて電気自動車１の目標加速度を算出し、目標加速度に見合ったトルクを算出する。
【００２５】
トルク配分比制御部１２は、トルク算出部１１が算出したトルクを、前輪モータ４０および後輪モータ５０に対して配分する。この際、トルク配分比制御部１２は、前輪モータ４０および後輪モータ５０へのトルク配分比を自由に変化させることができる。
【００２６】
トルク配分比制御部１２による、前輪モータ４０および後輪モータ５０へのトルク配分制御は、例えば３０：７０、４０：６０、５０：５０（前項が前輪モータ４０、後項が後輪モータ５０へのトルク配分を示す）等、あらかじめ設定された所定の比となるように行われてもよいし、連続して変化するように行われてもよい。
【００２７】
トルク配分比制御部１２は、決定したトルク配分比をＥＣＵ２０に出力する。これにより、ＥＣＵ２０が決定されたトルク配分比に基づいて、前輪モータ４０および後輪モータ５０に指示トルクを与える。すると、前輪モータ４０および後輪モータ５０が前輪６０および後輪７０を回転させ、電気自動車１が走行する。
【００２８】
この際、前輪モータ４０および後輪モータ５０は、それぞれの回転数を出力する。前輪モータ４０および後輪モータ５０が出力した前輪回転数および後輪回転数は、トラクション限界値推定部１３のスリップ率算出部１３１に入力される。
【００２９】
トラクション限界値推定部１３は、前輪６０および後輪７０に掛かるトラクション限界値を算出する。なお、本発明において、トラクション限界値とは、車輪のスリップ率が所定の値以下となる電気自動車１の加速度の最大値である。
【００３０】
図２に示すように、トラクション限界値推定部１３は、スリップ率算出部１３１と、最大加速度推定部１３２と、を有する。
【００３１】
スリップ率算出部１３１は、前輪モータ４０の回転数（≒前輪回転数）および後輪モータ５０の回転数（≒後輪回転数）、および車速センサ３２が検知した車速に基づいて、前輪６０および後輪７０のスリップ率を算出する。スリップ率とは、車輪の周速と車輪の進行速度（対地速度）の差を表した値である。
【００３２】
スリップ率の算出方法は、例えば以下のような方法が採用されうる。スリップ率の算出方法は、制動時と加速時とで異なり、スリップ率算出部１３１は場合によって算出方法を適宜使い分ける。
【００３３】
制動時において、スリップ率Ｓ（％）は以下の式（１）で求められる。
【００３４】
【数１】
2020158028.tif 000003
【００３５】
式（１）において、Ｖは車速（ｍ／ｓ）、Ｒは車輪の動半径（ｍ）、ωは車輪の回転数（Ｒａｄ／ｓ）である。
【００３６】
一方、加速時において、スリップ率Ｓ（％）は以下の式（２）で求められる。
【００３７】
【数２】
2020158028.tif 000004
【００３８】
このような方法により、スリップ率算出部１３１は、前輪６０のスリップ率Ｓｆと後輪７０のスリップ率Ｓｒとを算出する。なお、上述したスリップ率の算出方法は一例であり、他の方法が採用されてもよい。
【００３９】
最大加速度推定部１３２は、スリップ率、および加速度センサ３３が検知した電気自動車１の加速度を用いて、スリップ率が所定の値以下となる電気自動車１の加速度の最大値（最大加速度）を推定する。最大加速度の推定方法は、例えば以下の通りである。
【００４０】
図３は、車輪接地面の摩擦係数μとスリップ率Ｓとの関係を示すグラフである。図３に示すように、スリップ率Ｓが約１０％で摩擦係数が最大となるため、スリップ率は１０％以下に保たれることが望ましい。
【００４１】
一方、スリップ率と車両の加速度との間には、１次関数的な関係が成立することが経験的に分かっている。このため、スリップ率が１０％以下となる最大加速度ａｍａｘは、電気自動車１の走行中における、あるタイミングで加速度センサ３３により検知された車両加速度ａ１、および、同じタイミングで算出されたスリップ率Ｓ１に基づいて、以下の式（３）で求められる。
【００４２】
【数３】
2020158028.tif 000005
最大加速度推定部１３２は、前輪６０のスリップ率Ｓｆと、後輪７０のスリップ率Ｓｒとに基づいて、２通りの最大加速度（前輪６０のスリップ率Ｓｆを用いたａｍａｘ＿ｆ、および後輪７０のスリップ率Ｓｒを用いたａｍａｘ＿ｒ）を推定する。
【００４３】
垂直荷重推定部１４は、最大加速度ａｍａｘ＿ｆおよびａｍａｘ＿ｒを用いて、電気自動車１の非加速時における、前輪６０および後輪７０のそれぞれに掛かる垂直荷重を推定する。垂直荷重の推定方法は、例えば以下の通りである。
【００４４】
図４は、１つの車輪における、非加速時の垂直荷重の推定方法について説明するための図である。図４における複数の破線ＤＬ１，ＤＬ２は、トルク配分比が異なる場合の加速度と、その加速度に対応する車輪の垂直荷重との関係を示している。
【００４５】
図４において、加速度ａｍａｘ１，ａｍａｘ２は、それぞれ異なるトルク配分比で得られた最大加速度である。これら複数の加速度に基づいて、垂直荷重推定部１４は、加速度と、その加速度で車両が加速するために必要な、駆動輪に掛かるべき荷重の最小値（最低駆動輪荷重）との関係を導出する。図４に示す実線ＳＬは、導出された加速度と最低駆動輪荷重との関係を示す線である。
【００４６】
図４に示すように、加速度と最低駆動輪荷重とは、１次関数的な関係となる。これにより、車両の加速度が０であるときの垂直荷重、換言すれば、車両の停止時にその車輪に掛かる車両重量を推定することができる。
【００４７】
垂直荷重推定部１４は、このような方法により、最大加速度ａｍａｘ＿ｆを用いて、車両の非加速時における、前輪６０に掛かる垂直荷重を推定するとともに、最大加速度ａｍａｘ＿ｒを用いて、後輪７０に掛かる垂直荷重を推定する。
【００４８】
重量推定部１５は、前輪６０に掛かる垂直荷重および後輪７０に掛かる垂直荷重を用いて、電気自動車１の前後車輪の重量配分比（既知）に基づいて、車両重量を推定する。重量推定方法は、例えば以下の通りである。
【００４９】
前輪６０に掛かる垂直荷重をＷｆ、後輪７０に掛かる垂直荷重をＷｒ、ホイールベース（前後輪間の距離）をＬ、重量配分比（前輪：後輪）をｒｆ：ｒｒとすると、車両重量Ｗａｌｌは以下の式（４）で求められる（ｒｆ＋ｒｒ＝１とする）。
【００５０】
【数４】
2020158028.tif 000006
【００５１】
重量推定部１５は、推定結果である車両重量推定値を、例えばＥＣＵ２０等に出力する。ＥＣＵ２０は、車両重量推定値を用いて、電気自動車１の走行制御の際に、加速度や減速度の補正を行う。
【００５２】
以上、重量推定装置１０を含む電気自動車１の構成および動作について説明した。以下では、重量推定装置１０の動作を、フローチャートを用いて説明する。図５は、重量推定装置１０の動作を説明するためのフローチャートである。
【００５３】
ステップＳ１において、トルク算出部１１は、アクセル開度センサ３１の検知したアクセル開度に基づいて、前輪６０および後輪７０に指示するトルク（指示トルク）の合計値を算出する。
【００５４】
ステップＳ２において、ＥＣＵ２０は、所定のトルク配分比に基づいて、前輪モータ４０および後輪モータ５０への指示トルクを決定する。
【００５５】
ステップＳ３において、スリップ率算出部１３１は、ステップＳ２で決定したトルク配分比で駆動した前輪モータ４０の回転数および後輪モータの回転数、並びに車速センサ３２の検知した車速を用いて、前輪６０と後輪７０それぞれのスリップ率を算出する。
【００５６】
ステップＳ４において、最大加速度推定部１３２は、ステップＳ３で算出されたスリップ率および加速度センサ３３が検知した電気自動車１の加速度を用いて、前輪６０と後輪７０それぞれの最大加速度（スリップ率が所定の値以下となる加速度の最大値）を推定する。ここで最大加速度推定部１３２が推定した最大加速度が、本発明のトラクション限界値の一例である。
【００５７】
ステップＳ５において、重量推定装置１０は、ｎ組の最大加速度が推定されたか否かについて判定する。最大加速度の組とは、トルク配分比を変化させた場合の、前輪６０の最大加速度と後輪７０の最大加速度との組み合わせを意味する。すなわち、ステップＳ５において、重量推定装置１０は、トルク配分比を変化させた場合の、前輪６０の最大加速度と後輪７０の最大加速度との組が、あらかじめ設定された整数ｎだけ推定されたか否かを判定する。ｎ組の最大加速度が推定されたと判定した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、重量推定装置１０は、処理をステップＳ７に進める。一方、ｎ組の最大加速度が推定されていないと判定した場合（ステップＳ５：ＮＯ）、重量推定装置１０は、処理をステップＳ６に進める。なお、ｎは２以上の整数であればよい。
【００５８】
ｎ組の最大加速度が推定されていないと判定された場合、ステップＳ６において、トルク配分比制御部１２は、前後輪のトルク配分比を従前とは変化させ、処理をステップＳ１に戻す。
【００５９】
一方、ｎ組の最大加速度が推定されていたと判定された場合、ステップＳ７において、垂直荷重推定部１４は、ｎ組の最大加速度を用いて、電気自動車１の非加速時における、前輪６０と後輪７０のそれぞれに掛かる垂直荷重を推定する。
【００６０】
ステップＳ８において、重量推定部１５は、ステップＳ７で推定された前輪６０と後輪７０のそれぞれに掛かる垂直荷重に基づいて、電気自動車１の重量を推定する。
【００６１】
＜作用・効果＞
以上説明したように、前輪６０駆動用の前輪モータ４０および後輪７０駆動用の後輪モータ５０を有する電気自動車１の重量推定装置１０であって、前輪モータ４０と後輪モータ５０とのトルク配分比を変化させるトルク配分比制御部１２と、電気自動車１の加速時における前輪６０および後輪７０のトラクション限界値をそれぞれ推定するトラクション限界値推定部１３と、変化前後のトルク配分比、並びに、トルク配分比が変化する前後それぞれにおける前輪および後輪のトラクション限界値に基づいて、電気自動車１の非加速時において前輪６０および後輪７０のそれぞれに掛かる垂直荷重を推定する垂直荷重推定部１４と、電気自動車１の非加速時において前輪６０および後輪７０に掛かる垂直荷重に基づいて電気自動車１の重量を推定する車両重量推定部１５と、を有する。
【００６２】
このように、本発明の実施の形態の重量推定装置１０によれば、前後輪を独立したモータにより制御する電気自動車１において、加速時における前輪６０と後輪７０とのスリップ率の相違に起因する最大加速度のずれに基づいて、前輪６０と後輪７０のそれぞれに掛かる垂直荷重を推定し、これに基づいて車両重量を推定することができる。このため、特に車両が大きく前輪と後輪に掛かる重量バランスが均一ではない大型の電気自動車において、車両重量を精度よく、かつ簡単に推定することができる。
【００６３】
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００６４】
上述した実施の形態では、一対の前輪６０を前輪モータ４０が、一対の後輪７０を後輪モータ５０が、それぞれ駆動していたが、本開示はこれに限定されない。例えば１つの車輪毎にモータを有する電気自動車に対しても、本発明は適用が可能である。また、１対の前輪および１対の後輪を有する電気自動車に限定されず、例えば後輪を２対以上有したり、ダブルタイヤが採用されたりした電気自動車にも本発明は適用が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示の電気自動車の重量推定装置は、車両の重量を精度よく推定するために有用である。
【符号の説明】
【００６６】
１  電気自動車
１０  重量推定装置
１１  トルク算出部
１２  トルク配分比制御部
１３  トラクション限界値推定部
１３１  スリップ率算出部
１３２  最大加速度推定部
１４  垂直荷重推定部
１５  重量推定部
１５  車両重量推定部
３０  センサ群
３１  アクセル開度センサ
３２  車速センサ
３３  加速度センサ
４０  前輪モータ
５０  後輪モータ
６０  前輪
７０  後輪
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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