(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪の駆動を制御しながら走行を行う走行装置であって、
供給される回転指令に応じてモータトルクを算出してモータトルク指令信号を生成する制御手段と、
前記生成されたモータトルク指令信号によって駆動される車輪駆動系の任意の部位の回転値を検出する検出手段と、
前記生成されたモータトルク指令信号の供給により模擬される前記車輪駆動系の数学モデルと、を有し、
前記数学モデルには、路面摩擦力推定値を印加して、前記車輪駆動系の任意の部位の回転値と前記数学モデルの対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように前記印加する路面摩擦力推定値を制御し、
前記制御手段では、
前記算出されたモータトルクが前記路面摩擦力推定値を超えないように前記モータトルク指令信号の大きさを制限し、
前記車輪駆動系の任意の部位の回転値と前記数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が大きい期間は、前記算出されたモータトルクが前記路面摩擦力推定値より大きくなったときに、（前記路面摩擦力推定値／前記算出されたモータトルク）の値を前記モータトルク指令信号に乗算する手段を設けて前記モータトルク指令信号の大きさの制限を行い、
前記車輪駆動系の任意の部位の回転値と前記数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が小さい期間は、前記算出されたモータトルクが前記路面摩擦力推定値より大きくなったときに、０の値を前記モータトルク指令信号に乗算する手段を設けて前記モータトルク指令信号の大きさの制限を行う
ことを特徴とする走行装置。
【請求項２】
車輪の駆動を制御しながら走行を行う走行装置の制御方法であって、
供給される回転指令に応じてモータトルクを算出してモータトルク指令信号を生成し、
前記生成されたモータトルク指令信号によって駆動される車輪駆動系の任意の部位の回転値を検出すると共に、
前記生成されたモータトルク指令信号の供給により模擬される前記車輪駆動系の数学モデルを設け、
前記数学モデルに路面摩擦力推定値を印加して、前記車輪駆動系の任意の部位の回転値と前記数学モデルの対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように前記印加する路面摩擦力推定値を制御し、
前記算出されたモータトルクが前記路面摩擦力推定値を超えないように前記モータトルク指令信号の大きさを制限し、
前記モータトルク指令信号の大きさの制限は、
前記車輪駆動系の任意の部位の回転値と前記数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が大きい期間は、前記算出されたモータトルクが前記路面摩擦力推定値より大きくなったときに、（前記路面摩擦力推定値／前記算出されたモータトルク）の値を前記モータトルク指令信号に乗算して行い、
前記車輪駆動系の任意の部位の回転値と前記数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が小さい期間は、前記算出されたモータトルクが前記路面摩擦力推定値より大きくなったときに、０の値を前記モータトルク指令信号に乗算して行う
ことを特徴とする走行装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばそれぞれが独立に駆動される２つの車輪が平行に設けられ、２つの車輪の間で前後の安定を保つように制御されて走行される車両に使用して好適な走行装置及びその制御方法に関する。詳しくは、路面摩擦力を推定し、その値に応じて車輪の駆動のためのモータトルクを制御することにより、車輪の空転を未然に防止するようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の駆動車輪を有する車両において、各車輪の速度の差を判断して車輪の空転を検出することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、特許文献１に開示された発明では、各車輪の速度の差が著しいときに、一方の車輪が空転しているものと判断して制御を行っている。
【０００３】
また、駆動車輪と非駆動車輪の車輪速度の差を判断して車輪の空転を検出しているものもある（例えば、特許文献２参照。）。すなわち、特許文献２に開示された発明では、駆動車輪と非駆動車輪の車輪速度の差が著しいときに、駆動車輪が空転しているものと判断して制御を行っている。
【０００４】
しかしながら、上述の技術はいずれも、車輪の空転が発生した後に判断して制御が行われるものであり、これらの技術では空転の発生を未然に防止することはできなかった。
【特許文献１】特許第３１５２７８５号公報
【特許文献２】特開２００５−５１８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、人間を搭乗させて二輪で走行する乗り物として、本願出願人は先に以下に述べるような走行装置を提案（特願２００５−１１７３６５号）した。まず、図６Ａ，Ｂ及び図７を用いて本願出願人が提案した同軸二輪車の一実施形態を説明する。
【０００６】
図６Ａ，Ｂに示すように、本願出願人が先に提案した同軸二輪車１０は、平行に設けられた２つの車輪１１Ｌ，１１Ｒを有し、これらの車輪１１Ｌ，１１Ｒはそれぞれ独立のモータ１２Ｌ，１２Ｒによって駆動される。また、これらのモータ１２Ｌ，１２Ｒは制御装置１３によってその駆動が制御されている。そして、この制御装置１３には姿勢センサ１４が接続され、この姿勢センサ１４からの検出信号に従ってモータ１２Ｌ，１２Ｒの制御に必要な駆動トルク（モータートルク）の値が算出される。
【０００７】
一方、車輪１１Ｌ，１１Ｒの近傍には運転者が搭乗する搭乗部の一具体例を示す分割テーブル１５Ｌ，１５Ｒが設けられる。この分割テーブル１５Ｌ，１５Ｒは互いにリンク機構（図示せず）によって所定の姿勢に保持される。また、分割テーブル１５Ｌ，１５Ｒの中間には上方に延長するハンドルレバー１６が設けられ、その基部には装置全体の駆動電力源となるバッテリ１７と、ロール軸角度検出器（図示せず）２１が設けられる。さらにハンドルレバー１６の上部には、パワースイッチ１８を備える把持部１９が設けられる。
【０００８】
そして運転者２０は、図７に示すように、分割テーブル１５Ｌ，１５Ｒにそれぞれの足を乗せて起立し、ハンドルレバー１６の上部の把持部１９を握って、パワースイッチ１８及びハンドルレバー１６のロール軸角度を操作する。また、分割テーブル１５Ｌ，１５Ｒに搭乗した運転者の重心位置が内蔵の圧力センサ（図示せず）で検出される。この圧力検出信号と姿勢センサ１４からのテーブル角度検出信号とが制御装置１３に供給されることによって、同軸二輪車１０の走行が制御される。
【０００９】
さらに図８には、一輪モデルの制御装置の具体構成を模式的に示す。なお、実際の二輪車両では、テーブルのセンサは共通となる。また、図示のモデルで車輪に連結したモータ制御は各車輪で独立した制御装置により制御される。
【００１０】
図８において、テーブル１５に内蔵された圧力センサ（図示せず）からの圧力検出信号ＰＳ１，２，３，４と、ジャイロセンサや加速度センサからなる姿勢センサ１４からのテーブル角度検出信号θ０とが制御装置１３内の姿勢制御部３１に供給される。そしてこれらの検出信号ＰＳ１〜４及びθ０と、搭乗者等が発する外部からのテーブル姿勢指令信号θＲＥＦ〔ｄ（θＲＥＦ）／ｄｔ〕とが演算され、算出された回転指令ωrefがモータ制御部３２に供給される。
【００１１】
さらに、車輪１１とモータ１２とは減速機３３を介して接続されている。また、モータ１２にはエンコーダ３４が設けられる。そして、エンコーダ３４からのロータ回転角度位置信号Θrが制御装置１３内のモータ制御部３２に供給される。これにより、上述の回転指令ωrefに応じて形成されるモータ１２への駆動電流がフィードバック制御され、車輪１１の駆動が安定化される。このようにして、車輪１１が安定に駆動されると共に、その駆動が圧力センサ（図示せず）からの圧力検出信号ＰＳ１〜４等によって制御される。
【００１２】
また、図９には、システムの相互の接続関係を示す。図９において、圧力センサ４１〜４４からの圧力検出信号ＰＳ１〜４と、ハンドルレバー１６のロール軸角度器（ポテンショメータ）２１からのロール軸角度検出信号ＰＭが姿勢センサ回路４５に供給される。この姿勢センサ回路４５にはジャイロセンサ５１と加速度センサ５２が内蔵されている。これにより、姿勢センサ回路４５からは、圧力検出信号ＰＳ１〜４とロール軸角度検出信号ＰＭ及びピッチ角ωp、ヨー角ωyaw、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各角度信号が取り出される。
【００１３】
これらの圧力検出信号ＰＳ１〜４、ロール軸角度検出信号ＰＭ及びピッチ角ωp、ヨー角ωyaw、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各角度信号が、制御装置１３内の中央制御装置４６に供給される。また、パワースイッチ１８からの操作信号が中央制御装置４６に供給される。これにより、中央制御装置４６では左右の車輪の回転指令ωref1，ωref２が算出され、モータ制御部３２Ｌ，３２Ｒに供給される。また、エンコーダ３４Ｌ，３４Ｒからの信号がモータ制御部３２Ｌ，３２Ｒに供給されて、モータ１２Ｌ，１２Ｒの駆動が行われる。
【００１４】
さらに、バッテリ１７からの電力は電源回路４７に供給される。この電源回路４７からの例えば２４Ｖモータ用電源がモータ制御部３２Ｌ，３２Ｒに供給され、例えば５Ｖ制御用電源が姿勢センサ回路４５と中央制御装置４６に供給される。なお、電源回路４７には電源スイッチ４８が設けられて、各部への電源の供給が制御される。このようにして、モータ１２Ｌ，１２Ｒの駆動が行われ、これらのモータ１２Ｌ，１２Ｒにより車輪１１Ｌ，１１Ｒが駆動されて、同軸二輪車１０の走行が行われる。
【００１５】
ところがこのような同軸二輪車において、例えば急旋回時には、遠心力により図１０に示すように車両が傾き、片輪が非接地状態になる。若しくは、横勾配のある路面で搭乗者の重心が傾くことにより片輪が非接地状態になる。さらに、人が降りた状態で車両を持ち上げたときも同様に非接地状態となる。その場合に従来技術では、非接地側のタイヤは接地側のタイヤと同期して回転するか、若しくはモータへ与えられたトルクの大きさにより回転する。このため、非接地側のモータに無駄なエネルギ消費等の問題が生じる。
【００１６】
あるいは、路面表面が水等で濡れているときには、路面の摩擦力が小さくなりタイヤはスリップし易くなる。この場合に従来技術では、スリップにより姿勢が傾くと、より多くのトルクをモータが発生するように制御を行うためタイヤは高速回転し、さらにスリップ状態を助長する恐れがある。そのため姿勢が不安定になり、良好な走行を行えなくなるなどの恐れが生じる。また、それにより大量にエネルギを消耗して、バッテリ寿命が短くなるなどの問題も生じていた。本発明はこのような点に鑑みて成されたものである。
【００１７】
ところで、タイヤが駆動されているときのタイヤ慣性モーメントIsは、例えば図１１のＡに示すように表される。また、このタイヤ慣性モーメントIsに関わる制御回路の各部の信号は図１１のＢに示される。さらにこのようなタイヤシステムの制御モデルは、例えば図１２に示すように表すことができる。なお、このような制御モデルは、例えば「ＳＥＶ／電気自動車研究会、第３８回関東地域定例研究会」において、東京大学の堀洋一氏が発表した「電気自動車の像粘着制御の構図と展望」（http://mizugaki.iis.u-tokyo.ac.jp/staff/hori/paperPDF/SEV98.pdf）に開示されているものである。
【００１８】
このような制御モデルにおいて、路面摩擦力Fdrは下式に示される。
Fdr＝μ×W                [N]                   （式１）
Tw ＝μ×ｒ×W‐Is＊(dVb/dt)     [Nm]    （式２）
ただし、μ：摩擦係数              ｒ：車輪有効半径  [ｍ]
W ：車輪荷重  [ｋｇ]      Is：車輪の慣性モーメント
Vb：車体速度  [m/SEC]     Tw：駆動トルク  [Nm]
【００１９】
そしてこの場合に、スリップはタイヤ駆動トルクTwが路面摩擦Fdrより上回るときに生じると考えられる。従って、例えば路面摩擦Fdrが観測できればタイヤトルクTwと比較することによりスリップを予測し防止できる。さらに、同原理によりタイヤが路面と非接地状態も予測できるので、タイヤの空転を抑制することができる。すなわち、何らかの手段で路面摩擦Fdrを観測し、タイヤ駆動トルクTwがそれを上回るときにスリップが生じているものと判断してタイヤの空転を抑制する制御を行うことができると考えられる。
【００２０】
この出願はこのような点に鑑みて成されたものであって、解決しようとする問題点は、従来の装置では、例えば急旋回時に遠心力により車両が傾き、片輪が非接地状態になったときや、路面表面が水等で濡れているときなどにスリップが発生すると姿勢が不安定になり、良好な走行を行えなくなる。また、タイヤの空転により大量にエネルギを消耗して、バッテリ寿命が短くなるなどの問題も生じていたが、そのような事態を解決する手段が提案されていなかったというものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
このため本発明においては、車輪駆動系の数学モデルに任意の路面摩擦力推定値を印加して、実車の車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように印加する路面摩擦力推定値を制御し、車輪駆動系のモータトルクが数学モデルに印加される路面摩擦力推定値を超えないようにモータトルク指令信号の大きさを制限するものであって、これによれば、良好にタイヤの空転を抑制する制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１の発明によれば、車輪駆動系の数学モデルの任意の部位の回転値と、実車の車輪駆動系の対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように数学モデルに印加される路面摩擦力推定値を制御し、車輪駆動系のモータトルクが印加される路面摩擦力推定値を超えないようにモータトルク指令信号の大きさを制限し、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が大きい期間は、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値より大きくなったときに、（路面摩擦力推定値／算出されたモータトルク）の値をモータトルク指令信号に乗算する手段を設けてモータトルク指令信号の大きさの制限を行い、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が小さい期間は、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値より大きくなったときに、０の値をモータトルク指令信号に乗算する手段を設けてモータトルク指令信号の大きさの制限を行うことによって、過渡状態及び定常状態において良好にタイヤの空転を抑制する制御を行うことができる。
【００２５】
さらに請求項２の発明によれば、車輪駆動系の数学モデルの任意の部位の回転値と、実車の車輪駆動系の対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように数学モデルに印加される路面摩擦力推定値を制御し、車輪駆動系のモータトルクが印加される路面摩擦力推定値を超えないようにモータトルク指令信号の大きさを制限し、モータトルク指令信号の大きさの制限は、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が大きい期間は、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値より大きくなったときに、（路面摩擦力推定値／算出されたモータトルク）の値をモータトルク指令信号に乗算して行い、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が小さい期間は、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値より大きくなったときに、０の値をモータトルク指令信号に乗算して行うことによって、過渡状態及び定常状態において良好にタイヤの空転を抑制する制御方法を実現することができる。
【００２８】
これによって、従来の装置では、例えば急旋回時に遠心力により車両が傾き、片輪が非接地状態になったときや、路面表面が水等で濡れているときなどにスリップが発生すると姿勢が不安定になり、良好な走行を行えなくなる。また、タイヤの空転により大量にエネルギを消耗して、バッテリ寿命が短くなるなどの問題も生じていたものを、本発明によればこれらの問題点を容易に解消する手段を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
すなわち本発明の走行装置は、車輪の駆動を制御しながら走行を行う走行装置であって、供給される回転指令に応じてモータトルクを算出してモータトルク指令信号を生成する制御手段と、生成されたモータトルク指令信号によって駆動される車輪駆動系の任意の部位の回転値を検出する検出手段と、生成されたモータトルク指令信号の供給により模擬される車輪駆動系の数学モデルとを有し、数学モデルには、路面摩擦力推定値を印加して、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように印加する路面摩擦力推定値を制御し、制御手段では、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値を超えないようにモータトルク指令信号の大きさを制限し、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が大きい期間は、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値より大きくなったときに、（路面摩擦力推定値／算出されたモータトルク）の値をモータトルク指令信号に乗算する手段を設けてモータトルク指令信号の大きさの制限を行い、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が小さい期間は、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値より大きくなったときに、０の値をモータトルク指令信号に乗算する手段を設けてモータトルク指令信号の大きさの制限を行ってなる。
【００３０】
また、本発明の走行装置の制御方法は、車輪の駆動を制御しながら走行を行う走行装置の制御方法であって、供給される回転指令に応じてモータトルクを算出してモータトルク指令信号を生成し、生成されたモータトルク指令信号によって駆動される車輪駆動系の任意の部位の回転値を検出すると共に、生成されたモータトルク指令信号の供給により模擬される車輪駆動系の数学モデルを設け、数学モデルに路面摩擦力推定値を印加して、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように印加する路面摩擦力推定値を制御し、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値を超えないようにモータトルク指令信号の大きさを制限し、モータトルク指令信号の大きさの制限は、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が大きい期間は、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値より大きくなったときに、（路面摩擦力推定値／算出されたモータトルク）の値をモータトルク指令信号に乗算して行い、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値との差が小さい期間は、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値より大きくなったときに、０の値をモータトルク指令信号に乗算して行ってなる。
【００３１】
以下、図面を参照して本発明を説明する。図１には、本発明による走行装置及びその制御方法を適用した路面反力推定器とスリップ防止調整器の一実施形態の構成をブロック図で示す。
【００３２】
図１において、図の上部は図１２に示したタイヤシステムの制御モデルと同じである。すなわち、図１の入力端子１には回転指令ωrefが供給され、この回転指令ωrefはモータ制御装置１００の減算器１０１を通じて速度制御器１０２に供給される。速度制御器１０２は、ＰＩ（Proportional（比例）／Integral（積分））制御を行うもので、図中に記載のように〔Kp＋(Ki/S)〕の特性を有する。
【００３３】
この速度制御器１０２の出力信号はスリップ調整器１０３に供給される。スリップ調整器１０３は供給された信号に係数〔Ksadj〕を乗算する。これによりスリップ調整器１０３からはモータトルク指令Tref[Nm]が取り出され、このモータトルク指令Tref[Nm]が利得[Kamp]のアンプ１０４でモータ電流Im[A]に変換される。
【００３４】
さらにアンプ１０４で変換されたモータ電流Im[A]は、実モデル２００のモータに供給される。このモータはモータ定数[Km]２０１で表され、モータ定数２０１からはモータトルク出力Tm[Nm]が取り出される。モータトルク出力Tm[Nm]は減算器２０２に供給され、外力トルクTd[Nm]が減算されてロータトルクTr[Nm]が取り出される。
【００３５】
ロータトルクTr[Nm]は、〔１／(JmS＋Dm)〕の特性を有するモータロータ２０３に供給され、ロータ回転角速度ωm[rad/esc]が取り出される。そしてロータ回転角速度ωm[rad/esc]は、〔１／Ｓ〕の特性を有する演算器２０４に供給され、ロータ回転角Θm[rad]が算出される。この算出されたロータ回転角Θm[rad]が、出力端子２に取り出されると共に、〔Ｓ〕の特性を有する演算器１０５を通じて減算器１０１にフィードバックされる。
【００３６】
また、演算器２０４からのロータ回転角Θm[rad]は、減速比Ｎ：１の減速機を構成する〔１／Ｎ〕の変換器２０５に供給され、減速された信号が減算器２０６を通じてバネ定数[Ks]２０７に供給されてタイヤトルクTw[Nm]に変換される。そしてバネ定数[Ks]２０７からのタイヤトルクTw[Nm]が、減速機を構成する〔Ｎ〕の変換器２０８を通じて外力トルクTd[Nm]として減算器２０２に供給される。
【００３７】
さらに、バネ定数[Ks]２０７からのタイヤトルクTw[Nm]は、加算器２０９で路面摩擦トルクFdr×r[Nm]を加算され、〔１／(JtS＋Dt)〕の特性を有するタイヤ２１０に供給される。このタイヤ２１０の回転角速度が〔１／Ｓ〕の演算器２１１に供給され、タイヤ回転角度θt[rad]が取り出されて減算器２０６に供給される。
【００３８】
これにより、実モデル２００では、モータ電流Im[A]に応じてモータ定数２０１が駆動されると共に、モータトルク出力Tm[Nm]から外力トルクTd[Nm]が減算され、減算されたロータトルクTr[Nm]に基づいてロータ回転角Θm[rad]が取り出される。そしてこの場合に、モータトルク出力Tm[Nm]から減算される外力トルクTd[Nm]は、路面摩擦トルクFdr×r[Nm]の影響を受けており、出力端子２には、路面摩擦トルクFdr×r[Nm]の影響を受けた状態でのモータ電流Im[A]に対するロータ回転角Θm[rad]が取り出されている。
【００３９】
このような実モデル２００に対して、モータ制御装置１００の中に、上述の実モデル２００を模擬する数学モデル３００が設けられる。この数学モデル３００は、実モデル２００の機能を解析し、その機能をコンピュータシミュレーションにより実現するプログラムである。従って、このようなプログラムの実施形態はプログラムリスト等の形態を採るが、以下の説明は、理解をし易くする目的で、図１に示す機能ブロックを用いて行う。
【００４０】
この数学モデル３００において、上述のアンプ１０４で変換されたモータ電流Im[A]は、数学モデル３００のモータモデル定数[Kmm]３０１に供給され、モータモデル定数３０１からモータトルク出力Tmm[Nm]が取り出される。モータトルク出力Tmm[Nm]は減算器３０２に供給され、外力推定トルクTmd[Nm]が減算されてロータモデルトルクTmr[Nm]が取り出される。
【００４１】
ロータモデルトルクTmr[Nm]は、〔１／(JmmS＋Dmm)〕の特性を有するモータロータモデル３０３に供給され、ロータモデル回転角速度ωmm[rad/esc]が取り出される。そしてロータ回転モデル角速度ωmm[rad/esc]は、〔１／Ｓ〕の特性を有する演算器３０４に供給され、ロータモデル回転角Θmm[rad]が算出される。この算出されたロータモデル回転角Θmm[rad]が出力端子３に取り出される。
【００４２】
また、演算器３０４からのロータモデル回転角Θmm[rad]は、減速比Ｎ：１の減速機モデルを構成する〔１／Ｎm〕（ただし、Ｎm＝Ｎ）の変換器３０５に供給され、減速された信号が減算器３０６を通じてバネモデル定数[Kms]３０７に供給されてタイヤモデルトルクTmw[Nm]に変換される。そしてバネモデル定数[Kms]３０７からのタイヤモデルトルクTmw[Nm]が、減速機モデルを構成する〔Ｎ〕の変換器３０８を通じて外力推定トルクTmd[Nm]として減算器３０２に供給される。
【００４３】
さらに、バネモデル定数３０７からのタイヤモデルトルクTmw[Nm]は、加算器３０９で路面摩擦力推定値Tidr[Nm]を加算され、〔１／(JmtS＋Dmt)〕の特性を有するタイヤモデル３１０に供給される。このタイヤモデル３１０の回転角速度が〔１／Ｓ〕の演算器３１１に供給され、タイヤモデル回転角度θmt[rad]が取り出されて減算器３０６に供給される。
【００４４】
これにより、数学モデル３００では、モータ電流Im[A]に応じてモータモデル定数３０１が駆動されると共に、モータモデルトルク出力Tmm[Nm]から外力推定トルクTmd[Nm]が減算され、減算されたロータモデルトルクTmr[Nm]に基づいてロータモデル回転角Θmm[rad]が取り出される。
【００４５】
そしてこの場合に、モータモデルトルク出力Tmm[Nm]から減算される外力推定トルクTmd[Nm]は、路面摩擦力推定値Tidr[Nm]の影響を受けており、出力端子３には、路面摩擦力推定値Tidr[Nm]の影響を受けた状態でのモータ電流Im[A]に対するロータモデル回転角Θmm[rad]が取り出される。
【００４６】
すなわち、この数学モデル３００の出力端子３には、路面摩擦力推定値Tidr[Nm]の影響を受けた状態でのモータ電流Im[A]に対するロータモデル回転角Θmm[rad]が取り出されている。一方、実モデル２００の出力端子２には、路面摩擦トルクFdr×r[Nm]の影響を受けた状態でのモータ電流Im[A]に対するロータ回転角Θm[rad]が取り出されている。
【００４７】
そこで、これらのロータモデル回転角Θmm[rad]とロータ回転角Θm[rad]とが等しくなるように路面摩擦力推定値Tidr[Nm]を制御する。これによって、制御された路面摩擦力推定値Tidr[Nm]を路面摩擦トルクFdr×r[Nm]と等しくすることができる。
【００４８】
何故なら、上述の実モデル２００と数学モデル３００においては、路面摩擦トルクFdr×r[Nm]と路面摩擦力推定値Tidr[Nm]以外の要件は全く同じであると考えられ、ロータ回転角Θm[rad]とロータモデル回転角Θmm[rad]との差分は路面摩擦トルクFdr×r[Nm]と路面摩擦力推定値Tidr[Nm]との差によってのみ生じると考えられるからである。
【００４９】
ただし、上述の実モデル２００と数学モデル３００の関係において、各要素の値は、Kmm＝Km[Nm/A]、Jmm＝Jm[kg/sec2]、Dmm＝Dm[Nm/(rad/sec)]、Nm＝N、Kms＝Ks[Nm/rad]、Jmt＝Jt[kg/sec2]、Dmt＝Dt[Nm/(rad/sec)]とする。なおこのような制御は、モデル規範型適応制御〔Model Reference Adaptive Control〕と呼ばれているものである。
【００５０】
そして上述の制御を実現するため、図１の構成では、ロータモデル回転角Θmm[rad]とロータ回転角Θm[rad]とを減算器１０６に供給して差分のモデルエラーEmを取り出す。そしてこのモデルエラーEmをゲイン〔Kadp＋(Kadi/S)〕の推定器４００に供給し、この推定器４００で形成される路面摩擦力推定値Tidr[Nm]の値を制御する。
【００５１】
これにより、路面摩擦トルクFdr×r[Nm]と等しい路面摩擦力推定値Tidr[Nm]が取り出される。さらに図１の構成では、この取り出された路面摩擦力推定値Tidr[Nm]を、スリップ調整器１０３に供給される係数〔Ksadj〕の設定器１０７に供給し、係数〔Ksadj〕の設定を行う。
【００５２】
そこで図２には、係数〔Ksadj〕の設定までに至るモータ制御装置１００で実行される処理の実施形態をフローチャートで示す。
【００５３】
この図２において、スリップ防止制御は開始されると、最初のステップＳ１では制御パラメータの設定を行い、荷重重量W[kg]に比例した速度制御器１０２の制御ゲインKp、Kiを設定する。次にステップＳ２では、モータ制御装置１００の速度制御器１０２とスリップ防止調整器１０３によりモータトルク指令Trefを算出する。
【００５４】
さらにステップＳ３で、モータトルク指令Trefにより実モータを駆動する。また、ステップＳ４では、実モータのエンコーダ信号（ロータ回転角Θm[rad]）と数学モデル信号（ロータモデル回転角Θmm[rad]）とを比較してモデルエラーEmを算出する。そしてステップＳ５で、推定器４００での処理により路面反力（摩擦力）推定値Tidr[Nm]を算出する。
【００５５】
ステップＳ６では、スリップ防止調整器１０３の係数〔Ksadj〕を可変する。なお、ここでの係数〔Ksadj〕は、設定器１０７にて
If |Tidr|<Tw0 then Ksadj=|Tidr/Tw0|
Else  Ksadj=1
により求める。ただし、デフォルト値はKsadj＝１、０≦Ksadj≦１なる小数値である。
【００５６】
そしてステップＳ７で、モデルエラー｜Em｜が任意の基準値より小さいものであるか否か判断され、小さいものでないとき（NO）は、ステップＳ１に戻される。従ってこの場合には、上述のステップＳ６で定められた係数〔Ksadj〕により制御が行われ、実モータは路面摩擦力推定値Tidr[Nm]以下のトルクで駆動されることになる。
【００５７】
また、ステップＳ７で、モデルエラー｜Em｜が小さいとき（YES）は、ステップＳ８でさらにモータトルクと路面反力とが比較され、｜Tw｜＜｜Tidr｜のとき（YES）は、ステップＳ１に戻される。従ってこの場合も、ステップＳ６で定められた係数〔Ksadj〕により制御が行われる。
【００５８】
これに対して、ステップＳ８で｜Tw｜＜｜Tidr｜でないとき（NO）は、ステップＳ９でスリップ予測の条件とされ、Ksadj＝０とされてステップＳ１に戻される。従ってこの場合には、スリップ防止調整器１０３から取り出されるモータトルク指令Tref[Nm]は０となり、実モータは駆動されないことになる。
【００５９】
従って、上述の実施形態において、車輪駆動系の数学モデルの任意の部位の回転値と、実車の車輪駆動系の対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように数学モデルに印加される路面摩擦力推定値を制御し、車輪駆動系のモータトルクが印加される路面摩擦力推定値を超えないようにモータトルク指令信号の大きさを制限することにより、良好にタイヤの空転を抑制する制御を行うことができる。
【００６０】
これによって、従来の装置では、例えば急旋回時に遠心力により車両が傾き、片輪が非接地状態になったときや、路面表面が水等で濡れているときなどにスリップが発生すると姿勢が不安定になり、良好な走行を行えなくなる。また、タイヤの空転により大量にエネルギを消耗して、バッテリ寿命が短くなるなどの問題も生じていたものを、本発明によればこれらの問題点を容易に解消する手段を提供することができる。
【００６１】
さらに図３には、シミュレーションによる本発明の装置の信号の様子を示す。なお図３においては、シミュレーション上で路面反力を変化したとき推定器により路面反力が推定している変化を示し、本発明の装置により路面反力を推定する様子を示した。
【００６２】
すなわち図３において、モータ制御装置１００は、減算器１５１、アンプ１５２、１５３、積分器１５４、加算器１５５、微分器１５６で構成される。また、実モデル２００は、減算器２５１、２５２、アンプ２５３、２５４、２５５、演算器２５６、２５７、積分器２５８、２５９、加算器２６０で構成される。
【００６３】
さらに数学モデル３００も、減算器３５１、３５２、アンプ３５３、３５４、３５５、演算器３５６、３５７、積分器３５８、３５９、加算器３６０で構成される。そして推定器４００は、減算器４５１、アンプ４５２、４５３、積分器４５４、加算器４５５で構成される。
【００６４】
そして、このような装置において、例えば図中の波形図Ａに示すような正弦波の信号を減算器１５１に供給し、図中の波形図Ｂの上側に示すようなステップ波形の路面摩擦トルクFdr×r[Nm]を加算器２６０に供給すると、図中の波形図Ｃに示すようなモータトルク指令Tref[Nm]が形成され、図中の波形図Ｄに示すようなロータ回転角Θm[rad]が取り出される。これによって、路面摩擦力推定値Tidr[Nm]は図中の波形図Ｂの上側に示すように変化される。
【００６５】
従って、このような制御が行われた場合には、例えば図４において、通常路面状態から低路面摩擦状態に変化した場合に、従来は図４のＡに示すように路面摩擦力Fdr[Nm]がタイヤトルク[Nm]を下回っても、そのままタイヤトルク[Nm]が維持され、モータ回転速度[rad/esc]が上昇してしまっていたものを、本発明によれば図４のＢに示すようにタイヤトルク[Nm]が低下され、モータ回転速度[rad/esc]を低下させる方向に制御される。
【００６６】
また、例えば図５において、路面接触状態から路面非接触状態に変化した場合には、従来は図５のＡに示すように路面摩擦力Fdr[Nm]がタイヤトルク[Nm]を下回っても、そのままタイヤトルク[Nm]が維持され、モータ回転速度[rad/esc]が上昇してしまっていたものを、本発明によれば図５のＢに示すようにタイヤトルク[Nm]が０にされ、モータ回転速度[rad/esc]を０にするように制御が行われる。
【００６７】
こうして本発明の走行装置によれば、車輪の駆動を制御しながら走行を行う走行装置であって、供給される回転指令に応じてモータトルクを算出してモータトルク指令信号を生成する制御手段と、生成されたモータトルク指令信号によって駆動される車輪駆動系の任意の部位の回転値を検出する検出手段と、生成されたモータトルク指令信号の供給により模擬される車輪駆動系の数学モデルとを有し、数学モデルには、路面摩擦力推定値を印加して、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように印加する路面摩擦力推定値を制御し、制御手段では、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値を超えないようにモータトルク指令信号の大きさを制限することにより、良好にタイヤの空転を抑制する制御を行うことができる。
【００６８】
また、本発明の走行装置の制御方法によれば、車輪の駆動を制御しながら走行を行う走行装置の制御方法であって、供給される回転指令に応じてモータトルクを算出してモータトルク指令信号を生成し、生成されたモータトルク指令信号によって駆動される車輪駆動系の任意の部位の回転値を検出すると共に、生成されたモータトルク指令信号の供給により模擬される車輪駆動系の数学モデルを設け、数学モデルに路面摩擦力推定値を印加して、車輪駆動系の任意の部位の回転値と数学モデルの対応する部位の模擬された回転値とが等しくなるように印加する路面摩擦力推定値を制御し、算出されたモータトルクが路面摩擦力推定値を超えないようにモータトルク指令信号の大きさを制限することにより、良好にタイヤの空転を抑制する制御方法を実現することができる。
【００６９】
なお本発明は、上述の説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神を逸脱することなく種々の変形が可能とされるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明による走行装置及びその制御方法を適用した路面反力推定器とスリップ防止調整器の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】その動作の説明のためのフローチャート図である。
【図３】その説明のための図である。
【図４】その説明のための図である。
【図５】その説明のための図である。
【図６】本発明の適用される走行装置の一実施形態を示す構成図である。
【図７】その説明のための図である。
【図８】その説明のための図である。
【図９】その説明のための図である。
【図１０】その説明のための図である。
【図１１】その説明のための図である。
【図１２】その説明のための図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…入力端子、２，３…出力端子、１００…モータ制御装置、１０１，１０６…減算器、１０２…速度制御器、１０３…スリップ調整器、１０４…アンプ、１０５…演算器、１０７…係数の設定器、２００…実モデル、２０１…モータ定数、２０２，２０６…減算器、２０３…モータロータ、２０４，２１１…演算器、２０５，２０８…変換器、２０７…バネ定数、２０９…加算器、２１０…タイヤ、３００…数学モデル、３０１…モータモデル定数、３０２，３０６…減算器、２０３…モータモデルロータ、２０４，３１１…演算器、２０５，２０８…変換器、３０７…バネモデル定数[Ks]、３０９…加算器、３１０…タイヤモデル、４００…推定器
【図１】
0004677953.tif 000002
【図２】
0004677953.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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