JP2023048355A - 移動体、制御装置、及びプログラム - Google Patents

移動体、制御装置、及びプログラム Download PDF

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海博 劉
Haibo Liu
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達也 高木
Tatsuya Takagi
貞洋 赤間
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Harumi Horihata
優 窪田
Masaru Kubota
洋一 畔柳
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Abstract

【課題】構造を簡素化し制御のロバスト性を向上させることのできる移動体やその制御装置、及び、当該制御装置を動作させるためのプログラムを提供する。【解決手段】車両10は、第1駆動輪21にトルクを付与する第1回転電機210と、第2駆動輪22にトルクを付与する第2回転電機220と、第1駆動輪21の回転数である第1回転数を取得する回転数センサ212と、第2駆動輪22の回転数である第2回転数を取得する回転数センサ222と、制御装置100と、を備える。制御装置100は、基本回転数を設定する基本設定部110と、差分回転数を設定する差分設定部120と、第1回転数及び第2回転数の平均値が基本回転数となり、第1回転数と第2回転数との差が差分回転数となるように、第1回転電機210及び第2回転電機220の動作を制御する動作制御部130と、を有する。【選択図】図1

Description

本開示は、移動体、制御装置、及びプログラムに関する。
下記特許文献1に記載されているように、例えば電動車両のような移動体は、駆動力を発生させるための回転電機と、移動体を減速させ停止させるための制動装置と、移動体を旋回させるための操舵装置とを備えており、それぞれの装置によって「走る」、「止まる」、「曲がる」の各動作を実現している。
特開2006-341656号公報
本発明者らは、例えば市街地における近距離移動のような特定の目的に使用される移動体であって、低速走行のみが可能な「スローモビリティ」とも称される移動体を、より簡素化した構成で実現することについて検討を進めている。構成を簡素化すれば、移動体の小型化及び低コスト化を実現できる。更に、「走る」、「止まる」、「曲がる」の各動作を実現するために複雑な制御を行う必要が無くなるので、制御のロバスト性を向上させることもできる。
本開示は、構造を簡素化し制御のロバスト性を向上させることのできる移動体やその制御装置、及び、当該制御装置を動作させるためのプログラムを提供することを目的とする。
本開示に係る移動体は、左側に配置された第1駆動輪(21)と、第1駆動輪にトルクを付与する第1回転電機(210)と、右側に配置された第2駆動輪(22)と、第2駆動輪にトルクを付与する第2回転電機(220)と、路面から受ける力によって回転し、且つ、路面から受ける力によってその舵角を変化させる従動輪(31,32)と、第1駆動輪の単位時間あたりにおける回転数、である第1回転数を取得する第1回転数取得部(212)と、第2駆動輪の単位時間あたりにおける回転数、である第2回転数を取得する第2回転数取得部(222)と、第1回転電機及び第2回転電機の動作を制御する制御装置(100)と、を備える。制御装置は、第1回転数及び第2回転数の平均値についての目標値、である基本回転数を設定する基本設定部(110)と、第1回転数と第2回転数との差についての目標値、である差分回転数を設定する差分設定部(120)と、第1回転数及び第2回転数の平均値が基本回転数となり、第1回転数と第2回転数との差が差分回転数となるように、第1回転電機及び第2回転電機の動作を制御する動作制御部(130)と、を有する。
上記構成の移動体では、左右に配置され互いに独立に動作する第1回転電機及び第2回転電機の動作によって、「走る」、「止まる」、「曲がる」の各動作を実現する。制動装置や操舵装置を別途設ける必要が無いため、移動体の構造を従来よりも簡素化することができる。また、基本回転数及び差分回転数をそれぞれ設定し制御に用いることで、直進することを含めた「曲がる」動作を安定して行わせることができる。
本開示によれば、構造を簡素化し制御のロバスト性を向上させることのできる移動体やその制御装置、及び、当該制御装置を動作させるためのプログラムが提供される。
図1は、第1実施形態に係る車両の構成を模式的に示す図である。 図2は、第1実施形態に係る車両に設けられた従動輪の構成を模式的に示す図である。 図3は、第1実施形態に係る車両に設けられた操作部の構成を模式的に示す図である。 図4は、第1実施形態に係る制御装置の構成を模式的に示す図である。 図5は、第1実施形態に係る制御装置の構成をブロック図として示す図である。 図6は、第1実施形態に係る制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図7は、基本回転数の設定に用いられるマップを示す図である。 図8は、第1実施形態に係る制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図9は、基本回転数の変化量の制限について説明するための図である。 図10は、第1実施形態に係る制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図11は、差分回転数の設定に用いられるマップを示す図である。 図12は、目標ヨーレートの設定に用いられるマップを示す図である。 図13は、差分回転数の設定に用いられるマップを示す図である。 図14は、目標舵角の設定に用いられるマップを示す図である。 図15は、第1実施形態に係る制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図16は、第1実施形態に係る制御装置により実行される処理の流れを示すフローチャートである。 図17は、移動体の制御が行われている際における、各パラメータの時間変化を示すタイムチャートである。 図18は、移動体の制御が行われている際における、各パラメータの時間変化を示すタイムチャートである。 図19は、移動体の制御が行われている際における、各パラメータの時間変化を示すタイムチャートである。 図20は、第2実施形態に係る制御装置の構成をブロック図として示す図である。 図21は、第3実施形態に係る制御装置の構成をブロック図として示す図である。
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
図1に示される車両10は、本実施形態に係る移動体であって、乗員が行う運転操作によって走行する電動車両として構成されている。車両10は、例えば市街地における近距離移動のような特定の目的に使用される移動体であって、低速走行のみが可能な「スローモビリティ」とも称されるものである。車両10により達成し得る走行速度は、所定の速度以下、例えば20km/h以下や50km/h以下に制限されている。車両10は、駆動輪である第1駆動輪21、第2駆動輪22と、従動輪である第1従動輪31、第2従動輪32と、を備えた4輪の車両である。尚、車両10が備える車輪の数は、これとは異なっていてもよい。例えば、従動輪が、車両10の左右方向に沿った中央に1つだけ設けられているような3輪の車両であってもよい。また、車両10は、本実施形態のように前輪駆動の車両として構成されていてもよいが、後輪駆動の車両として構成されていてもよい。
第1駆動輪21は、車両10のうち前方且つ左側となる位置に配置された車輪である。第1駆動輪21のホイールには、インホイールモーターである第1回転電機210が埋め込まれている。第1回転電機210は、駆動輪の1つである第1駆動輪21にトルクを付与するための回転電機である。ここでいう「トルク」には、駆動トルク及び制動トルクの両方が含まれる。
第1回転電機210は、第1インバータ211から供給される3相の交流電力によってトルクを発生させ、当該トルクを第1駆動輪21に加える。第1インバータ211は、不図示のバッテリから供給される直流電力を、3相の交流電力に変換して第1回転電機210に供給するための電力変換器である。車両10の制動時において、第1インバータ211は、第1回転電機210で生じた回生電力を直流電力に変換し、当該直流電力をバッテリに供給することもできる。このように、第1インバータ211は双方向の電力変換器として構成されている。本実施形態の第1インバータ211は、第1回転電機210に内蔵されており、第1回転電機210と共に第1駆動輪21のホイールに埋め込まれているのであるが、これとは異なる位置に設けられていてもよい。第1インバータ211の動作は、後述の制御装置100によって制御される。
車両10には、第1駆動輪21の単位時間あたりにおける回転数、すなわち第1駆動輪21の回転速度を取得するための回転数センサ212が設けられている。本実施形態の回転数センサ212は、第1インバータ211等と共に第1駆動輪21のホイール内に設けられているのであるが、これとは異なる位置に設けられていてもよい。「単位時間あたりにおける回転数」のことを、以下では単に「回転数」と表記することもある。回転数センサ212によって取得された第1駆動輪21の回転数を示す信号は、制御装置100に入力される。回転数センサ212によって取得される第1駆動輪21の回転数のことを、以下では「第1回転数Rb1」とも称する。回転数センサ212は、本実施形態における「第1回転数取得部」に該当する。
第2駆動輪22は、車両10のうち前方側且つ右側となる位置に配置された車輪である。第2駆動輪22のホイールには、インホイールモーターである第2回転電機220が埋め込まれている。第2回転電機220は、もう1つの駆動輪である第2駆動輪22にトルクを付与するための回転電機である。ここでいう「トルク」には、駆動トルク及び制動トルクの両方が含まれる。
第2回転電機220は、第2インバータ221から供給される3相の交流電力によってトルクを発生させ、当該トルクを第2駆動輪22に加える。第2インバータ221は、不図示のバッテリから供給される直流電力を、3相の交流電力に変換して第2回転電機220に供給するための電力変換器である。車両10の制動時において、第2インバータ221は、第2回転電機220で生じた回生電力を直流電力に変換し、当該直流電力をバッテリに供給することもできる。このように、第2インバータ221は双方向の電力変換器として構成されている。本実施形態の第2インバータ221は、第2回転電機220に内蔵されており、第2回転電機220と共に第2駆動輪22のホイールに埋め込まれているのであるが、これとは異なる位置に設けられていてもよい。第2インバータ221の動作は、制御装置100によって制御される。
車両10には、第2駆動輪22の回転数、すなわち第2駆動輪22の回転速度を取得するための回転数センサ222が設けられている。本実施形態の回転数センサ222は、第2インバータ221等と共に第2駆動輪22のホイール内に設けられているのであるが、これとは異なる位置に設けられていてもよい。回転数センサ222によって取得された第2駆動輪22の回転数を示す信号は、制御装置100に入力される。回転数センサ222によって取得される第2駆動輪22の回転数のことを、以下では「第2回転数Rb2」とも称する。回転数センサ222は、本実施形態における「第2回転数取得部」に該当する。
第1従動輪31は、車両10のうち後方側且つ左側となる位置に配置された車輪である。第2従動輪32は、車両10のうち後方側且つ右側となる位置に配置された車輪である。これらはいずれも、回転電機からのトルクではなく、路面から受ける力によって回転する従動輪として設けられている。第1従動輪31及び第2従動輪32は、路面から受ける力によってその舵角をも変化させる、所謂「旋回キャスター」として構成されている。
図2には、第1従動輪31及びその近傍の構成が側面視で模式的に示されている。第1従動輪31は、支持体315によって、図2に示される回転軸312の周りにおいて回転自在な状態で支持されている。回転軸312は路面に対して平行な軸であって、その向きは支持体315に対して固定されている。支持体315は、車両10のボディ11に対して取り付けられた部材であって、図2に示される回転軸311の周りにおいて回転自在な状態で取り付けられている。回転軸311は路面に対して垂直な軸である。回転軸311の周りにおいて支持体315が回転すると、それに伴って先に述べた回転軸312の向きが変化する。
第2従動輪32は、第1従動輪31が有する支持体315、回転軸311、回転軸312、のそれぞれに対応する要素として、支持体325、回転軸321、回転軸322を有している。第2従動輪32の構成は、以上に説明した第1従動輪31の構成と同じであるから、その具体的な構成については説明する。
図1に示される舵角θは、車両10の前後方向に対し第1従動輪31のなす角度である。回転軸311の周りにおいて第1従動輪31の向きが変化すると、この舵角θが変化する。第1従動輪31の近傍には、回転数センサ41と舵角センサ51とが設けられている。回転数センサ41は、第1従動輪31の回転数を測定するためのセンサである。舵角センサ51は、第1従動輪31の舵角θを測定するためのセンサである。回転数センサ41で測定された第1従動輪31の回転数を示す信号、及び、舵角センサ51で測定された第1従動輪31の舵角θを示す信号は、いずれも、制御装置100に入力される。
図1に示される舵角θは、車両10の前後方向に対し第2従動輪32のなす角度である。回転軸321の周りにおいて第2従動輪32の向きが変化すると、この舵角θが変化する。第1従動輪31の近傍には、回転数センサ42と舵角センサ52とが設けられている。回転数センサ42は、第2従動輪32の回転数を測定するためのセンサである。舵角センサ52は、第2従動輪32の舵角θを測定するためのセンサである。回転数センサ42で測定された第2従動輪32の回転数を示す信号、及び、舵角センサ52で測定された第2従動輪32の舵角θを示す信号は、いずれも、制御装置100に入力される。
車両10には操作部70が設けられている。操作部70は、車両10のユーザーによる運転操作が行われる部分である。尚、本実施形態においては、上記の「ユーザー」とは車両10の乗員のことであるが、「ユーザー」とは乗員以外であってもよい。例えば、車両10の外部から遠隔操作を行う者や、もしくは自動運転装置等が、上記の「ユーザー」であってもよい。この場合、操作部70には、車両10のアクセル操作量やハンドル操作量を示す信号、及びシフトレンジを設定する信号等が、外部から無線通信等により入力されることとなる。図3に示されるように、本実施形態の操作部70には、Pスイッチ711と、Rスイッチ712と、Dスイッチ713と、レバー720と、が設けられている。
Pスイッチ711、Rスイッチ712、及びDスイッチ713は、いずれも押しボタン式のスイッチとして構成されている。Pスイッチ711、Rスイッチ712、及びDスイッチ713のそれぞれの押下状態は、制御装置100へと送信される。乗員がPスイッチ711を一定時間(例えば1秒間)押下すると、制御装置100は、車両10のシフトレンジをP(パーキング)に切り換える。これにより、車両10が停車した状態となる。乗員がRスイッチ712を一定時間(例えば1秒間)押下すると、制御装置100は、車両10のシフトレンジをR(リバース)に切り換える。これにより、レバー720への操作に応じて車両10が後退可能な状態となる。乗員がDスイッチ713を一定時間(例えば1秒間)押下すると、制御装置100は、車両10のシフトレンジをD(ドライブ)に切り換える。これにより、レバー720への操作に応じて車両10が前進可能な状態となる。
レバー720は、所謂「ジョイスティック」式の操作レバーである。レバー720が倒されている角度の大きさや向きは、制御装置100へと送信される。レバー720が倒されている角度の大きさのことを、以下では「操作量」とも称する。
レバー720が、前方側のS1方向に倒れるように操作されると、制御装置100は、車両10を加速させる。レバー720が、後方側のS2方向に倒れるように操作されると、制御装置100は、車両10を減速させる。このように、レバー720は、乗員がアクセル操作及びブレーキ操作を行う部分として機能する。レバー720が前後方向に倒される角度のことを、以下では特に「アクセル操作量」とも称する。アクセル操作量は、レバー720が前方側に倒される方向を正とし、後方側に倒される方向を負とする。
レバー720が、左側のS3方向に倒れるように操作されると、制御装置100は、車両10を左方向へと旋回させる。レバー720が、右側のS4方向に倒れるように操作されると、制御装置100は、車両10を右方向へと旋回させる。このように、レバー720は、乗員が、車両10の旋回方向を変化させるようハンドル操作を行う部分として機能する。レバー720が左右に倒される際における操作量のことを、以下では特に「ハンドル操作量」とも称する。ハンドル操作量は、レバー720が右側に倒される方向を正とし、左側に倒される方向を負とする。
尚、レバー720は、図3に示されるS1、S2、S3、及びS4の4方向のみならず、360度に亘る任意の方向に倒れるよう、乗員が操作することができるように構成されている。例えば、レバー720が前方側且つ右側となる方向に倒されると、制御装置100は、車両10を加速させながら右側に旋回させることとなる。
本実施形態では、車両10に設けられた4つの車輪のうち、後方側に設けられた第1従動輪31、第2従動輪32のみが、舵角を変化させることが可能となっている。前方側に設けられた第1駆動輪21、第2駆動輪22のそれぞれの舵角は固定されている。
先に述べたように、第1従動輪31、第2従動輪32のそれぞれの舵角は、路面から受ける力によって変化する。車両10には、図1の舵角θ、θを直接的に変化させるような操舵装置が設けられていない。車両10の旋回動作は、第1駆動輪21の回転数と、第2駆動輪22の回転数と、の間に差を生じさせることにより実現される。
また、車両10には、4つの各車輪を直接的に制動するような制動装置は設けられていない。車両10の制動動作は、第1回転電機210、第2回転電機220のトルクによって実現される。
このように、車両10では、第1回転電機210及び第2回転電機220の動作によって、車両10の走行のみならず、車両10の制動動作及び旋回動作も行われる。操舵装置や制動装置を別途設ける必要性を無くし、構造を簡素化することで、車両10の小型化及び低コスト化の両方が実現されている。車両10の旋回等を実現するために、制御装置100により行われる制御の具体的な内容については後に説明する。
その他の構成として、車両10にはヨーレートセンサ60が設けられている。ヨーレートセンサ60は、車両10のヨーレートYを測定するためのセンサである。ヨーレートYとは、一般的に定義されるヨーレートと同じものであり、車両10の重心点Gを通る鉛直軸周りにおける、車両10の回転角速度のことである。ヨーレートセンサ60により測定されたヨーレートYを示す信号は、制御装置100に入力される。ヨーレートYは、車両10が右方向に旋回するときの値を正とする。
図4を参照しながら、制御装置100の構成について説明する。制御装置100は、CPU、ROM、RAM等を有するコンピュータシステムである。制御装置100は、第1回転電機210及び第2回転電機220を含む車両10の全体を統括するための装置として構成されている。制御装置100は、単一の装置として構成されていてもよいが、互いに双方向の通信を行う複数の装置として構成されていてもよい。制御装置100は、その全体が車両10に搭載されていてもよいが、一部または全部が例えばクラウドサーバー上の機能として実現されていてもよい。
制御装置100には、操作部70からの信号や、回転数センサ212等の各種センサからの信号が入力される。制御装置100は、これらの信号に基づいて、第1インバータ211及び第2インバータ221のそれぞれの動作を制御することで、車両10の「走る」、「止まる」、「曲がる」の各動作を実現させる。制御装置100は、その機能を表すブロック要素として、基本設定部110と、差分設定部120と、ヨーレート設定部121と、動作制御部130と、を有している。
基本設定部110は、基本回転数Rを設定する処理を行う部分である。説明の便宜上、第1回転数Rb1及び第2回転数Rb2の平均値のことを、以下では「平均回転数R」とも称する。つまり、R=(Rb1+Rb2)/2である。上記の基本回転数Rとは、平均回転数Rについて設定される目標値のことである。制御装置100は、実際の平均回転数Rが、基本設定部110により設定された基本回転数Rに一致するように、第1インバータ211及び第2インバータ221のそれぞれの動作を制御する。
差分設定部120は、差分回転数を設定する処理を行う部分である。「差分回転数」とは、第1回転数Rb1と第2回転数Rb2との差について設定される目標値、のことである。説明の便宜上、差分回転数の半分の値のことを、以下では「ΔR」とも称する。つまり、差分回転数=2×ΔRである。後に説明するように、制御装置100は、第1回転数Rb1が、平均回転数RにΔRを加算した値となるよう、第1インバータ211の動作を制御する。また、制御装置100は、第2回転数Rb2が、平均回転数RからΔRを減算した値となるよう、第2インバータ221の動作を制御する。このような制御が行われる結果、第1回転数Rb1と第2回転数Rb2との差は、差分回転数である2×ΔRに一致することとなる。差分設定部120が差分回転数の値を適切に設定することで、車両10の旋回動作が制御されることとなる。
ヨーレート設定部121は、目標ヨーレートYを設定する処理を行う部分である。「目標ヨーレートY」とは、ヨーレートYについて設定される目標値のことである。後に説明するように、差分設定部120は、目標ヨーレートYとヨーレートYとの差分(つまりヨーレートについての偏差)に基づいて差分回転数を設定する。
動作制御部130は、第1回転電機210及び第2回転電機220のそれぞれの動作を制御する処理、を行う部分である。動作制御部130は、第1回転数Rb1及び第2回転数Rb2の平均値(つまり平均回転数R)が上記の基本回転数Rとなり、第1回転数Rb1と第2回転数Rb2との差が上記の差分回転数(つまり2×ΔR)となるように、第1回転電機210及び第2回転電機220のそれぞれの動作を制御する。
動作制御部130は、その機能を表すブロック要素として、第1動作制御部131と、第2動作制御部132と、を有している。第1動作制御部131は、第1回転電機210の動作を制御する処理を行う部分である。第1動作制御部131は、第1インバータ211の動作を制御することで第1回転電機210を制御する。第2動作制御部132は、第2回転電機220の動作を制御する処理を行う部分である。第2動作制御部132は、第2インバータ221の動作を制御することで第2回転電機220を制御する。
制御装置100によって行われる制御の具体的な内容について、図5を主に参照しながら説明する。図5には、制御装置100によって行われる制御の内容がブロック線図として示されている。
車両10が走行する際には、操作部70に対し乗員が行った操作の内容を示す信号が、操作部70から制御装置100へと入力される。図5に示される速度設定部111は、操作部70からの当該信号に基づいて、基本回転数Rを設定する。ただし、速度設定部111で設定される基本回転数Rは、制御に用いられる最終な値ではない。基本回転数Rは、後述の変化制限部112によって補正されることで、制御に用いられる最終な値となる。速度設定部111及び変化制限部112は、図4に示される基本設定部110の機能を表すブロックである。
基本回転数Rを設定するために、速度設定部111で行われる処理の具体的な流れについて、図6を参照しながら説明する。図6に示される一連の処理は、所定の制御周期が経過する毎に、制御装置100において繰り返し実行されるものである。
最初のステップS01では、車両10の車速が0であるか否かが判定される。当該判定は、回転数センサ212、222によって取得された平均回転数Rの値に基づいて行われる。尚、車両10の車速は、回転数センサ212、222によって取得されてもよいが、回転数センサ41、42によって取得されてもよい。
平均回転数Rが0の場合、すなわち車両10の車速が0である場合には、ステップS02に移行する。ステップS02では、シフトレンジをRとするための操作が、Rスイッチ712に対し行われたか否かが判定される。当該操作が行われた場合にはステップS04に移行する。ステップS04では、フラグFLの値が「R」に設定される。その後、後述のステップS06に移行する。
ステップS02において、シフトレンジを「R」とするための操作が行われなかった場合には、ステップS03に移行する。ステップS03では、シフトレンジをDとするための操作が、Dスイッチ713に対し行われたか否かが判定される。当該操作が行われた場合にはステップS05に移行する。ステップS05では、フラグFLの値が「D」に設定される。その後、ステップS06に移行する。
ステップS03において、シフトレンジを「D」とするための操作が行われなかった場合には、ステップS06に移行する。ステップS06では、フラグFLの値が「D」であるか否かが判定される。フラグFLの値が「D」であった場合には、ステップS07に移行する。
ステップS07に移行した場合には、車両10のシフトレンジは「D」であるから、車両10は、レバー720に対し行われた操作に基づいて前進する。ステップS07では、例えば図7に示されるマップに基づいて基本回転数Rが設定される。当該マップは、レバー720に対し行われたアクセル操作量(横軸)と、設定される基本回転数Rとの対応関係を表すマップであって、制御装置100が有する不図示の記憶装置に予め記憶されているものである。本実施形態では、レバー720に対し行われるハンドル操作量の大きさに応じて、互いに異なる複数のマップが記憶されている。尚、図7の横軸に示されるアクセル操作量が負値のときには、基本回転数Rの値も負値に設定され、第1回転電機210等では、アクセル操作量の絶対値に応じた大きさの減速トルクが生じることとなる。つまり、負値のアクセル操作量は「ブレーキ操作量」ともいえるものである。
図7において線L1で示されるマップは、ハンドル操作量が比較的小さいとき、すなわち、車両10の進行方向の変化が比較的小さいときにおいて参照されるマップである。線L2で示されるマップは、ハンドル操作量が中程度のとき、すなわち、車両10の進行方向の変化が中程度のときにおいて参照されるマップである。線L3で示されるマップは、ハンドル操作量が比較的大きいとき、すなわち、車両10の進行方向の変化が比較的大きいときにおいて参照されるマップである。尚、ハンドル操作量の大きさに応じて予め記憶されているマップの数は、2以下であってもよく、4以上であってもよい。
図7に示されるように、アクセル操作量が大きい程、設定される基本回転数Rの絶対値も大きくなる。また、ハンドル操作量が大きい程、設定される基本回転数Rの絶対値が小さくなるようにマップが選択される。このように、操作部70に対するアクセル操作量及びハンドル操作量の両方に基づいて、基本設定部110による基本回転数Rの設定が行われる。
いずれのマップにおいても、アクセル操作量が正値であり且つ所定値S以上になると、基本回転数Rはそれ以上大きくならず一定の値となる。図1に示される「Ramax」は、ハンドル操作量が最も小さい場合に設定される基本回転数Rの最大値である。同様に、アクセル操作量が負値であり且つ所定値-S以下になると、基本回転数Rはそれ以上小さくならず一定の値となる。図1に示される「-Ramax」は、ハンドル操作量が最も小さい場合に設定される基本回転数Rの最小値である。アクセル操作量及びハンドル操作量がどのような値になったとしても、設定される基本回転数Rの絶対値がRamaxを超えることは無い。このように、基本設定部110は、所定の限られた範囲内において基本回転数Rを設定する。当該範囲、すなわち、絶対値において0以上であり、且つ、アクセル操作量に寄らず一定値となるまでの範囲は、本実施形態における「第1範囲」に該当する。基本回転数Rが第1範囲内に抑えられ、最大車速が抑制される結果、スローモビリティとしての車両10が実現されている。
図6に戻って説明を続ける。ステップS07では、以上のように図7のマップを参照し得られた値が、基本回転数Rの値として設定される。その後、図6に示される一連の処理を終了する。
ステップS06において、フラグFLの値が「D」でなかった場合には、ステップS08に移行する。ステップS08では、フラグFLの値が「R」であるか否かが判定される。フラグFLの値が「R」であった場合には、ステップS09に移行する。
ステップS09に移行した場合には、車両10のシフトレンジは「R」であるから、車両10は、レバー720に対し行われた操作に基づいて後退する。ステップS09では、ステップS07に移行した場合と同様に、図7に示されるマップが参照される。ステップS09では、図7のマップを参照し得られた値に「-1」を乗じた後の値が、基本回転数Rの値として設定される。その後、図6に示される一連の処理を終了する。このような態様に換えて、前進時に用いられるマップとは異なる形のマップを用いて、後退時における基本回転数Rの値が設定されることとしてもよい。
ステップS01において、平均回転数Rが0ではなかった場合、すなわち車両10の車速が0ではなかった場合には、フラグFLの内容を初期値(つまり、「R」でも「D」でもない値)に戻した上で、ステップS06以降の処理が行われる。この場合、ステップS08では「No」の判断がなされるため、基本回転数Rの値を設定することなく、図6に示される一連の処理を終了する。
図5に戻って説明を続ける。速度設定部111で設定された基本回転数Rの値は、変化制限部112に入力される。尚、変化制限部112に入力される基本回転数Rの値は、操作部70に対し乗員が行う操作に応じて、時間の経過と共に変化する。変化制限部112は、入力される基本回転数Rに対し、その急激な時間変化を抑制するようにフィルタリングの処理を施すためのブロックとなっている。変化制限部112において行われる当該処理の内容について、図8に示されるフローチャートを参照しながら説明する。
速度設定部111から変化制限部112に入力される基本回転数Rの値を、ここでは「Ra(i)」のように表記する。「i」は、制御周期が経過する毎にインクリメントされるインデックス値であって、R(i)は、最も直近の制御周期において入力される基本回転数Rの値を表している。図8に示される処理の最初のステップS11では、R(i)からR(i-1)を差し引いて得られる差分値が、所定の上限値以下であるか否か判定される。上記の「差分値」は、制御周期あたりにおける基本回転数Rの増加量であるから、車両10の加速度に対応した値ということができる。上記の「上限値」は、例えば、車両10の加速度が0.2Gの場合に対応した値となるように設定される。
差分値が上限値以下である場合には、ステップS12に移行する。差分値が上限値を超えている場合には、ステップS14に移行する。ステップS14では、R(i)の値を、R(i-1)に上記の上限値を加算して得られる値、に書き換える処理が行われる。その後、ステップS12に移行する。
ステップS12では、R(i)からR(i-1)を差し引いて得られる差分値が、所定の下限値以上であるか否か判定される。上記の「下限値」は、例えば、車両10の加速度が-0.2Gの場合に対応した値となるように設定される。
差分値が下限値以上である場合には、ステップS13に移行する。差分値が下限値を下回っている場合には、ステップS15に移行する。ステップS15では、R(i)の値を、R(i-1)に上記の下限値を加算して得られる値、に書き換える処理が行われる。その後、ステップS13に移行する。
ステップS13では、R(i)の値を、最終的な基本回転数Rの値として出力する処理が行われる。
以上のような処理が行われることにより、変化制限部112から出力される基本回転数Rの値は、例えば図9に示されるように変化する。図9の線L11に示されるのは、変化制限部112に入力される基本回転数Rの時間変化の例である。同図の線L12に示されるのは、変化制限部112から出力される基本回転数Rの時間変化の例である。この例では、変化制限部112に入力される基本回転数Rの値(線L11)が、時刻t1及び時刻t2のそれぞれにおいてステップ状に変化している。これに対し、変化制限部112から出力される基本回転数Rの値(線L12)は、ステップ状には変化せず、その単位時間当たりの変化量は、上記の上限値及び下限値により制限された変化量となっている。
このように、変化制限部112を含む基本設定部110は、単位時間当たりの変化量が所定の範囲内となるように基本回転数Rを変化させる。基本回転数Rの、単位時間当たりの変化量が制限される範囲、すなわち、上記の上限値及び下限値によって制限される範囲は、本実施形態における「第2範囲」に該当する。基本回転数Rの変化量がこのように制限されることで、実測値である平均回転数Rが、その目標値である基本回転数Rから大きく乖離してしまうことが防止される。
図5に示されるように、変化制限部112から出力された基本回転数Rは、速度制御部141へと入力される。速度制御部141には、基本回転数Rとは別に平均回転数Rの値も入力される。速度制御部141では、平均回転数Rの値を基本回転数Rに近づけるために、第1回転電機210及び第2回転電機220のそれぞれから出力すべきベーストルクTの値が、フィードバック制御により算出される。
例えば、上記フィードバック制御としてPI制御を行う場合には、速度制御部141は、先ず以下の式(1)を用いて速度偏差eVを算出する。
eV=R-R・・・(1)
続いて、速度制御部141は、以下の式(2)を用いてベーストルクTを算出する。
=Kp1×eV+Ki1×∫eV・・・(2)
式(2)の右辺第1項における「Kp1」は比例ゲインであり、右辺第2項における「Ki1」は積分ゲインである。Kp1及びKi1のそれぞれの値は、制御の安定性等を考慮して予め設定された固定値である。
速度制御部141は、式(2)で得られたTの値を、ベーストルクTとして出力する。尚、Tの値が所定の範囲に収まるよう制限を加えることとしてもよい。
速度制御部141で算出されたベーストルクTの値は、加算器142に入力される。加算器142では、ベーストルクTに対し差分トルクΔTが加算され、得られた値(T+ΔT)が第1補正部143へと入力される。差分トルクΔTは、第1回転数Rb1と第2回転数Rb2との差が、先に述べた差分回転数(2×ΔR)となるように、第1回転電機210のベーストルクTに対し加算されるべきトルクの値である。後に説明するように、差分トルクΔTは、差分設定部120等の処理によって算出されるものである。
第1補正部143は、入力されたT+ΔTの値に基づいて、第1回転電機210から出力すべきトルクの指令値であるTを算出し出力する。第1補正部143は、基本的には、入力されたT+ΔTの値を、そのままTとして出力する。このとき、第1補正部143は、車両10の各部における部品や蓄電池を保護する目的や、トルクの急変に伴う乗り心地の悪化を防止する目的等のために、適宜補正を行った後にTを出力することとしてもよい。ここでいう「補正」としては、例えば、Tを所定範囲内に収める処理や、Tの時間変化を緩やかにするためのフィルタリング等を行うことができる。
第1補正部143で算出されたTは、第1インバータ211へと入力される。第1インバータ211は、第1回転電機210で生じるトルクがTに一致するよう、第1回転電機210に供給される電流を調整する。尚、第1補正部143から第1インバータ211へと入力されるTは、トルク指令値として入力されてもよく、電流指令値として入力されてもよい。
速度制御部141で算出されたベーストルクTの値は、加算器144にも入力される。加算器144では、ベーストルクTに対し差分トルクΔTが加算され、得られた値(T+ΔT)が第2補正部145へと入力される。差分トルクΔTは、第1回転数Rb1と第2回転数Rb2との差が、先に述べた差分回転数(2×ΔR)となるように、第2回転電機220のベーストルクTに対し加算されるべきトルクの値である。差分トルクΔTと同様に、差分トルクΔTは、差分設定部120等の処理によって算出されるものである。
第2補正部145は、入力されたT+ΔTの値に基づいて、第2回転電機220から出力すべきトルクの指令値であるTを算出し出力する。第2補正部145は、基本的には、入力されたT+ΔTの値を、そのままTとして出力する。このとき、第2補正部145は、車両10の各部における部品や蓄電池を保護する目的や、トルクの急変に伴う乗り心地の悪化を防止する目的等のために、適宜補正を行った後にTを出力することとしてもよい。ここでいう「補正」としては、例えば、Tを所定範囲内に収める処理や、Tの時間変化を緩やかにするためのフィルタリング等を行うことができる。
第2補正部145で算出されたTは、第2インバータ221へと入力される。第2インバータ221は、第2回転電機220で生じるトルクがTに一致するよう、第2回転電機220に供給される電流を調整する。尚、第2補正部145から第2インバータ221へと入力されるTは、トルク指令値として入力されてもよく、電流指令値として入力されてもよい。
差分トルクΔT、ΔTを算出するために行われる処理について説明する。図5に示される差分設定部120は、図4に示される差分設定部120の機能を表すブロックである。差分設定部120は、操作部70から入力される信号や、ヨーレートY及び平均回転数Rの値に基づいて、先に述べたΔRの値を算出する。具体的には、差分設定部120は、図10に示される一連の処理を実行することで、ΔRの値を算出する。
当該処理の最初のステップS21では、平均回転数Rの値が、車速が3km/hである場合の回転数以上であるか否かが判定される。つまり、平均回転数Rの値に基づいて、車両10の車速が3km/h以上であるか否かが判定される。当該判定は、回転数センサ41、42の測定値に基づいて行われてもよい。
車速が3km/h以上である場合には、ステップS22に移行する。ステップS22では、ΔRの値を設定する処理が行われる。ΔRは、ΔRのベース値として用いられるものである。差分設定部120は、例えば図11に示されるマップに基づいてΔRの値を設定する。図11に示されるマップは、レバー720に対し行われたハンドル操作量(横軸)と、算出されるΔRとの対応関係を表すマップであって、制御装置100が有する不図示の記憶装置に予め記憶されているものである。本実施形態では、車速を示す平均回転数Rの値に応じて、互いに異なる複数のマップが記憶されている。
図11において線L21で示されるマップは、車速が比較的小さいときにおいて参照されるマップである。線L22で示されるマップは、車速が比較的大きいときにおいて参照されるマップである。尚、車速に応じて予め記憶されているマップの数は、3以上であってもよい。
図11に示されるように、ハンドル操作量が大きい程、設定されるΔRも大きくなる。また、車速を示す平均回転数Rが大きい程、設定されるΔRが小さくなるようにマップが選択される。このように、操作部70に対するアクセル操作量及びハンドル操作量の両方に基づいて、差分設定部120によるΔRの設定が行われる。
図10のステップS22でΔRの値が設定された後は、ステップS23に移行する。ステップS23では、ヨーレート設定部121によって目標ヨーレートYが設定される。ヨーレート設定部121は、例えば図12に示されるマップに基づいて目標ヨーレートYを設定する。図12に示されるマップは、レバー720に対し行われたハンドル操作量(横軸)と、目標ヨーレートYとの対応関係を表すマップであって、制御装置100が有する不図示の記憶装置に予め記憶されているものである。本実施形態では、車速を示す平均回転数Rの値に応じて、互いに異なる複数のマップが記憶されている。
図12において線L41で示されるマップは、車速が比較的小さいときにおいて参照されるマップである。線L42で示されるマップは、車速が比較的大きいときにおいて参照されるマップである。尚、車速に応じて予め記憶されているマップの数は、3以上であってもよい。
図12に示されるように、ハンドル操作量が大きい程、設定される目標ヨーレートYも大きくなる。また、車速を示す平均回転数Rが大きい程、設定される目標ヨーレートYが小さくなるようにマップが選択される。このように、操作部70に対するアクセル操作量及びハンドル操作量の両方に基づいて、ヨーレート設定部121による目標ヨーレートYの設定が行われる。
図10のステップS23で目標ヨーレートYの値が設定された後は、ステップS24に移行する。ステップS24では、ΔRの値を算出する処理が行われる。ΔRは、ΔRのベース値であるΔRに対し、加算すべき補正値として用いられるものである。ΔRの値を算出するにあたり、差分設定部120は、先ず以下の式(3)を用いてヨーレート偏差eYを算出する。
eY=Y-Y・・・(3)
式(3)に示されるように、ヨーレート偏差eYは、目標ヨーレートYと、実測されたヨーレートYとの差分である。続いて、差分設定部120は、以下の式(4)を用いてΔRを算出する。
ΔR=Kp2×eY+Ki2×∫eY・・・(4)
式(2)の右辺第1項における「Kp2」は比例ゲインであり、右辺第2項における「Ki2」は積分ゲインである。Kp2及びKi2のそれぞれの値は、制御の安定性等を考慮して予め設定された固定値である。
ステップS24において、ΔRの値が上記のように算出された後は、ステップS25に移行する。ステップS25では、ΔRの値が所定の範囲に収まるよう調整される。尚、このような調整は必須ではなく、制御の安定性を確保する目的等により必要に応じて行えばよい。
ステップS25に続くステップS26では、ステップS22で設定されたΔRに、ステップS24、S25で算出されたΔRを加算して得られた値が、ΔRとして算出される。
ステップS26に続くステップS27では、操作部70への操作により設定された現在のシフトレンジが「D」であるか否かが判定される。シフトレンジが「D」である場合には、ステップS26で算出されたΔRが、そのまま最終的なΔRとして差分設定部120から出力される。シフトレンジが「D」ではなかった場合には、ステップS28に移行する。
ステップS28では、操作部70への操作により設定された現在のシフトレンジが「R」であるか否かが判定される。シフトレンジが「R」である場合には、ステップS29に移行する。ステップS29では、ステップS26で算出されたΔRに対し(-1)を乗じることで、符号を反転させる処理が行われる。当該処理により得られたΔRが、最終的なΔRとして差分設定部120から出力される。
このように、本実施形態の差分設定部120は、目標ヨーレートYと、ヨーレートセンサ60で測定された実際のヨーレートYと、の差に基づいてΔRを算出し、2×ΔRである差分回転数を設定するように構成されている。
ステップS21において、車両10の車速が3km/h未満であった場合には、ステップS30に移行する。ステップS30では、ハンドル操作量が所定値以上であるか否かが判定される。ここでいう「所定値」とは、ハンドル操作量の上限値よりも僅かに小さい程度の値として予め設定されたものである。ハンドル操作量が所定値未満であった場合には、ステップS22に移行し、これまでに説明したものと同様の処理が行われる。ハンドル操作量が所定値以上であった場合には、ステップS31に移行する。
ステップS31に移行したということは、車両10が停止しているか極めて定速で走行している状態で、比較的大きなハンドル操作が行われたということである。つまり、所謂「据え切り」と称される操作が行われたということである。この場合、本実施形態の差分設定部120では、これまでに説明したものとは異なる方法でΔRの算出が行われる。
ステップS31では、ステップS22と同様に、ΔRの値を設定する処理が行われる。差分設定部120は、例えば図13に示されるマップに基づいてΔRの値を設定する。図13に示されるマップは、レバー720に対し行われたハンドル操作量(横軸)と、算出されるΔRとの対応関係を表すマップであって、制御装置100が有する不図示の記憶装置に予め記憶されているものである。本実施形態では、車速を示す平均回転数Rの値に応じて、互いに異なる複数のマップが記憶されている。
図13において線L31で示されるマップは、車速が比較的小さいときにおいて参照されるマップである。線L32で示されるマップは、車速が比較的大きいときにおいて参照されるマップである。尚、車速に応じて予め記憶されているマップの数は、3以上であってもよい。
図13に示されるように、ハンドル操作量が大きい程、設定されるΔRも大きくなる。また、車速を示す平均回転数Rが大きい程、設定されるΔRが小さくなるようにマップが選択される。このように、操作部70に対するアクセル操作量及びハンドル操作量の両方に基づいて、差分設定部120によるΔRの設定が行われる。
図10のステップS31でΔRの値が設定された後は、ステップS32に移行する。ステップS32では、θの値を設定する処理が行われる。θは、第1従動輪31の舵角θや、第2従動輪32の舵角θについての目標値として設定される舵角である。本実施形態では、据え切りの操作が行われた場合に、舵角θと舵角θとの平均値を、目標値であるθに一致させるように、ΔRの値が適宜設定される。
差分設定部120は、例えば図14に示されるマップに基づいてθの値を設定する。図14に示されるマップは、レバー720に対し行われたハンドル操作量(横軸)と、設定されるθとの対応関係を表すマップであって、制御装置100が有する不図示の記憶装置に予め記憶されているものである。本実施形態では、車速を示す平均回転数Rの値に応じて、互いに異なる複数のマップが記憶されている。
図14において線L51で示されるマップは、車速が比較的小さいときにおいて参照されるマップである。線L52で示されるマップは、車速が比較的大きいときにおいて参照されるマップである。尚、車速に応じて予め記憶されているマップの数は、3以上であってもよい。
図14に示されるように、ハンドル操作量が大きい程、設定されるθも大きくなる。また、車速を示す平均回転数Rが大きい程、設定されるθが小さくなるようにマップが選択される。このように、操作部70に対するアクセル操作量及びハンドル操作量の両方に基づいて、差分設定部120によるθの設定が行われる。
図10のステップS32でθの値が設定された後は、ステップS33に移行する。ステップS33では、ΔRの値を算出する処理が行われる。ΔRの値を算出するにあたり、差分設定部120は、先ず以下の式(5)を用いて舵角偏差eθを算出する。
eθ=θ-(θ+θ)/2・・・(5)
続いて、差分設定部120は、以下の式(6)を用いてΔRを算出する。
ΔR=Kp3×eθ+Ki3×∫eθ・・・(6)
式(6)の右辺第1項における「Kp3」は比例ゲインであり、右辺第2項における「Ki3」は積分ゲインである。Kp3及びKi3のそれぞれの値は、制御の安定性等を考慮して予め設定された固定値である。
ステップS33において、ΔRの値が上記のように算出された後は、ステップS34に移行する。ステップS34では、ΔRの値が所定の範囲に収まるよう調整される。尚、このような調整は必須ではなく、制御の安定性を確保する目的等により必要に応じて行えばよい。
ステップS34の処理が行われた後は、ステップS26に移行する。ステップS24からステップS26に移行した場合には、ステップS31で設定されたΔRに、ステップS33、S34で算出されたΔRを加算して得られた値が、ΔRとして算出される。以降の処理は、先に説明したものと同じである。
図5に示されるように、差分設定部120で設定されたΔRは、加算器146に入力される。加算器146では、測定された平均回転数Rの値に対し、ΔRの値が加算され、得られた値(R+ΔR)が第1速度制御部147へと入力される。第1速度制御部147には、(R+ΔR)とは別に、第1回転数Rb1の値も入力される。第1速度制御部147では、第1回転数Rb1の値を、目標値である(R+ΔR)に近づけるために必要となる差分トルクΔTの値が、フィードバック制御により算出される。
具体的には、第1速度制御部147は、図15に示される一連の処理を実行することで、差分トルクΔTの値を算出する。
当該処理の最初のステップS41では、第1回転数Rb1の目標値であるRが設定される。ここでは、第1速度制御部147に入力された(R+ΔR)の値が、そのままRとして設定される。
ステップS41に続くステップS42では、Rの値が0以上であるか否かが判定される。Rの値が0以上である場合にはステップS44に移行する。Rの値が0未満である場合にはステップS43に移行する。ステップS43では、Rの値が0に設定される。その後、ステップS44に移行する。
ステップS44では、差分トルクΔTの値を算出する処理が行われる。差分トルクΔTの値を算出するにあたり、第1速度制御部147は、先ず以下の式(7)を用いて回転数偏差eRを算出する。
eR=(R+ΔR)-Rb1・・・(7)
続いて、第1速度制御部147は、以下の式(8)を用いて差分トルクΔTを算出する。
ΔT=Kp4×eR+Ki4×∫eR・・・(8)
式(6)の右辺第1項における「Kp4」は比例ゲインであり、右辺第2項における「Ki4」は積分ゲインである。Kp4及びKi4のそれぞれの値は、制御の安定性等を考慮して予め設定された固定値である。
ステップS44において、差分トルクΔTの値が上記のように算出された後は、ステップS45に移行する。ステップS45では、差分トルクΔTの値が所定の範囲に収まるよう調整される。尚、このような調整は必須ではなく、制御の安定性を確保する目的等により必要に応じて行えばよい。
第1速度制御部147で算出された差分トルクΔTの値は、先に述べたように加算器142に入力され、ベーストルクTに対し加算される。
差分設定部120で設定されたΔRは、加算器148にも入力される。加算器148では、測定された平均回転数Rの値から、ΔRの値が減算され、得られた値(R-ΔR)が第2速度制御部149へと入力される。第2速度制御部149には(R-ΔR)とは別に、第2回転数Rb2の値も入力される。第2速度制御部149では、第2回転数Rb2の値を、目標値である(R-ΔR)に近づけるために必要となる差分トルクΔTの値が、フィードバック制御により算出される。
具体的には、第2速度制御部149は、図16に示される一連の処理を実行することで、差分トルクΔTの値を算出する。
当該処理の最初のステップS51では、第2回転数Rb2の目標値であるRが設定される。ここでは、第2速度制御部149に入力された(R-ΔR)の値が、そのままRとして設定される。
ステップS51に続くステップS52では、Rの値が0以上であるか否かが判定される。Rの値が0以上である場合にはステップS54に移行する。Rの値が0未満である場合にはステップS53に移行する。ステップS53では、Rの値が0に設定される。その後、ステップS54に移行する。
ステップS54では、差分トルクΔTの値を算出する処理が行われる。差分トルクΔTの値を算出するにあたり、第2速度制御部149は、先ず以下の式(9)を用いて回転数偏差eRを算出する。
eR=(R-ΔR)-Rb2・・・(9)
続いて、第2速度制御部149は、以下の式(10)を用いて差分トルクΔTを算出する。
ΔT=Kp5×eR+Ki5×∫eR・・・(10)
式(6)の右辺第1項における「Kp5」は比例ゲインであり、右辺第2項における「Ki5」は積分ゲインである。Kp5及びKi5のそれぞれの値は、制御の安定性等を考慮して予め設定された固定値である。
ステップS54において、差分トルクΔTの値が上記のように算出された後は、ステップS55に移行する。ステップS55では、差分トルクΔTの値が所定の範囲に収まるよう調整される。尚、このような調整は必須ではなく、制御の安定性を確保する目的等により必要に応じて行えばよい。
第2速度制御部149で算出された差分トルクΔTの値は、先に述べたように加算器144に入力され、ベーストルクTに対し加算される。
以上のような制御が行われる結果、第1駆動輪21の回転数(第1回転数Rb1)、及び第2駆動輪22の回転数(第2回転数Rb2)は、両者の平均値が基本回転数Rに一致し、且つ、両者の差分が差分回転数(2×ΔR)に一致するように制御される。このため、例えば第1駆動輪21等におけるフリクションのばらつきや、第1回転電機210等におけるトルクばらつき等、様々な外乱が生じたとしても、各駆動輪の回転数が目標値に一致するため、ロバスト性の高い制御を実現することができる。
また、第1回転数Rb1と第2回転数Rb2との差分を差分回転数に一致させる制御が行われることで、車両10の直進性を確保することができ、「曲がる」動作を適切に行うこともできる。更に、差分回転数は、ヨーレートセンサ60で測定されたヨーレートYの値に基づいて設定されるので、仮に、第1回転数Rb1の取得値等において誤差が生じたとしても、当該誤差を吸収し、直進動作や「曲がる」動作を適切に行うことができる。
図15を参照しながら説明したように、第1回転数Rb1の目標値であるRが負値として算出されるような場合には、Rは0に設定される(ステップS43)。また、図16を参照しながら説明したように、第2回転数Rb2の目標値であるRが負値として算出されるような場合には、Rは0に設定される(ステップS53)。このため、例えば車両10が停止中もしくは低速走行中において、大きなハンドル操作が行われた場合には、一方の駆動輪の回転数が0に設定され、当該駆動輪を中心として車両10が旋回することとなる。これにより、車両10の旋回動作を安定させることができる。
図5等を参照しながら説明した制御装置100の動作は、制御装置100に組み込まれたプログラム(つまり、移動体用のプログラム)によって実現される。当該プログラムは、制御装置100に、第1回転数Rb1及び第2回転数Rb2の平均値についての目標値、である基本回転数Rを設定させ、第1回転数Rb1と第2回転数Rb2との差についての目標値、である差分回転数(2×ΔR)を設定させる。また、当該プログラムは、第1回転数Rb1及び第2回転数Rb2の平均値が基本回転数Rとなり、第1回転数Rb1と第2回転数Rb2との差が差分回転数となるように、第1回転電機210及び第2回転電機220の動作を制御装置100に制御させる。
制御装置100により以上のような制御が行われている際の、各パラメータの時間変化の例について説明する。図17(A)に示されるのはアクセル操作量の時間変化であり、図17(B)に示されるのはハンドル操作量の時間変化である。図17(C)に示されるのは、第1回転電機210で生じるトルク(T)と、第2回転電機220で生じるトルク(T)と、の時間変化である。図17(D)に示されるのは、差分回転数の1/2であるΔRの時間変化である。図17(E)に示されるのは、平均回転数Rの時間変化である。図17(F)に示されるのは、ヨーレートYの時間変化である。
図17の例では、時刻t10において、アクセル操作量が0から増加するような操作が行われている。ハンドル操作量は0のままである。時刻t10以降においては、第1回転電機210及び第2回転電機220のそれぞれにおいてトルクが増加しており、平均回転数Rも増加している。
平均回転数Rは、Rbmaxに到達した後は増加せず、Rbmaxのまま一定に維持されている。これは、平均回転数Rが、アクセル操作量に対応した基本回転数Rに到達したためである。アクセル操作量が所定値S以上となっている場合には、図17(E)のRbmaxは、図7のRamaxに対応した値となる。
時刻t11において、平均回転数RがRbmaxに到達した後は、第1回転電機210及び第2回転電機220のそれぞれでトルクが低下し、平均回転数Rに対応した一定の車速で車両10が走行する。その後、時刻t13において、減速のための操作が行われアクセル操作量が負値とされると、第1回転電機210及び第2回転電機220のそれぞれにおいてマイナス方向のトルクが生じる。これにより、平均回転数Rは減少し、時刻t14において0となる。つまり、車両10が停止する。アクセル操作量は負値のままであるが、シフトレンジは「D」のまま変更されていないので、時刻t14以降において車両10は停止したままとなる。
図17(F)に示されるように、定速走行中である時刻t12において、ヨーレートYが一時的に増加している。これは、例えば車両10が走行する路面の凹凸により、外乱が加えられたからである。このとき、図17(C)に示されるように、第1回転電機210で生じるトルク(T)と、第2回転電機220で生じるトルク(T)と、の間に差が生じている。これは、図10を参照しながら説明したように、ヨーレートYのフィードバックが行われ、差分回転数(2×ΔR)が0とは異なる値に設定されたことによるものである。左右のトルクに差が生じることで、ヨーレートYは直ちに0に収束している。このように、制御装置100が行う制御によって、車両10の直進安定性が確保されている。
他の動作例について説明する。図18(A)に示されるのはアクセル操作量の時間変化であり、図18(B)に示されるのはハンドル操作量の時間変化である。図18(C)に示されるのは、第1回転電機210で生じるトルク(T)と、第2回転電機220で生じるトルク(T)と、の時間変化である。図18(D)に示されるのは、差分回転数の1/2であるΔRの時間変化である。図18(E)に示されるのは、平均回転数Rの時間変化である。同図には、第1回転数Rb1及び第2回転数Rb2の時間変化も併せて示されている。図18(F)に示されるのは、ヨーレートYの時間変化である。
図18の例では、時刻t20において、アクセル操作量が0から増加するような操作が行われている。その後の時刻t21において、ハンドル操作量が0から増加するような操作、すなわち、車両10を右側に旋回させるための操作が行われている。時刻t21までにおける各パラメータの時間変化は、先に述べた図17の例と概ね同じである。アクセル操作量及びハンドル操作量は、時刻t22において0に戻されている。
図18(C)に示されるように、時刻t21以降においては、第1回転電機210及び第2回転電機220のそれぞれで生じるトルクが一時的にマイナス方向となっている。これは、ハンドル操作量の増加に伴って基本回転数Rが減少し(図7を参照)、車両10を減速させる必要が生じたことによる。車両10の減速が完了した後は、ハンドル操作量に応じて車両10が右旋回するように、第1回転電機210で生じるトルク(T)の方が、第2回転電機220で生じるトルク(T)よりも大きく設定される。
このとき、測定されるヨーレートYは正値となり、当該値に基づいたフィードバック制御が行われる。その結果、差分回転数(2×ΔR)が適切に設定され、それに応じて図18(C)のT及びTのそれぞれも適切に設定される。このように、制御装置100が行う制御によって、旋回動作中における車両10の走行安定性も確保されている。
更に別の動作例について説明する。図19(A)に示されるのはハンドル操作量の時間変化である。図19(B)に示されるのは、第1回転電機210で生じるトルク(T)と、第2回転電機220で生じるトルク(T)と、の時間変化である。図19(C)に示されるのは、差分回転数の1/2であるΔRの時間変化である。図19(D)に示されるのは、平均回転数Rの時間変化である。同図には、第1回転数Rb1及び第2回転数Rb2の時間変化も併せて示されている。図19(E)に示されるのは、舵角θと舵角θとの平均値である舵角θ、の時間変化である。
図19の例では、時刻t30において、ハンドル操作量が0から増加するような操作、すなわち、車両10を右側に旋回させるための操作が行われている。尚、不図示のアクセル操作量は0のままである。ハンドル操作量は、時刻t31において0に戻されている。
このような操作が行われると、車両10は、車速が概ね0のまま、その場で右方向に旋回する。図19(B)に示されるように、時刻t30の後においては、第1回転電機210で生じるトルク(T)が正値とされる一方で、第2回転電機220で生じるトルク(T)は0とされる。これは、図16のステップS53において、第2回転数Rb2の目標値であるRの値が0に設定されたからである。その結果、車両10は、回転数が0とされた右側の第2駆動輪22を中心として右側に旋回することとなる。
第2実施形態について、図20を参照しながら説明する。図20には、本実施形態に係る制御装置100によって行われる制御の内容が、図5と同様のブロック線図として示されている。以下では、第1実施形態と異なる点について主に説明し、第1実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
本実施形態では、加算器151において、変化制限部112から出力された基本回転数Rに、差分設定部120で設定されたΔRが加算される。これにより得られた値(R+ΔR)は、第1速度制御部147に入力される。第1速度制御部147は、第1回転数Rb1についての指令値として入力される(R+ΔR)に、第1回転数Rb1が近づくよう、第1回転電機210から出力すべきトルクの指令値であるTを算出し、第1補正部143に向けて出力する。第1速度制御部147によって行われる処理は、図15を参照しながら説明した第1実施形態の処理と同じである。尚、当該処理を行うにあたっては、式(7)に換えて以下の式(11)を用いてeRが算出される。
eR=(R+ΔR)-Rb1・・・(11)
また、式(8)に換えて以下の式(12)を用いてTが算出される。
=Kp4×eR+Ki4×∫eR・・・(12)
図5の第1実施形態では、「実測値」である平均回転数RにΔRを加算したものが、第1回転数Rb1についての指令値として第1速度制御部147に入力されていた。これに対し、本実施形態では、「目標値」である基本回転数RにΔRを加算したものが、第1回転数Rb1についての指令値として第1速度制御部147に入力されている。この場合、第1速度制御部147に入力される(R+ΔR)に外乱が含まれないので、制御をより安定的に行うことができる。
第2回転数Rb2の制御についても同様である。本実施形態では、加算器152において、変化制限部112から出力された基本回転数Rから、差分設定部120で設定されたΔRが減算される。これにより得られた値(R-ΔR)は、第2速度制御部149に入力される。第2速度制御部149は、第2回転数Rb2についての指令値として入力される(R-ΔR)に、第2回転数Rb2が近づくよう、第2回転電機220から出力すべきトルクの指令値であるTを算出し、第2補正部145に向けて出力する。第2速度制御部149によって行われる処理は、図16を参照しながら説明した第1実施形態の処理と同じである。尚、当該処理を行うにあたっては、式(9)に換えて以下の式(13)を用いてeRが算出される。
eR=(R-ΔR)-Rb2・・・(13)
また、式(10)に換えて以下の式(14)を用いてTが算出される。
=Kp5×eR+Ki5×∫eR・・・(14)
以上のような構成でも、第1実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。尚、図5の第1実施形態では、「実測値」である平均回転数RからΔRを減算したものが、第2回転数Rb2についての指令値として第2速度制御部149に入力されていた。これに対し、本実施形態では、「目標値」である基本回転数RからΔRを減算したものが、第2回転数Rb2についての指令値として第2速度制御部149に入力されている。この場合、第2速度制御部149に入力される(R-ΔR)に外乱が含まれないので、制御をより安定的に行うことができる。
第1実施形態では、速度制御部141、第1速度制御部147、及び第2速度制御部149の3つのブロックのそれぞれでフィードバック制御が行われていた。これに対し本実施形態では、第1速度制御部147及び第2速度制御部149の2つのブロックでのみフィードバック制御が行われる。フィードバックループの数が減少することで、制御をよりシンプルに且つ安定的に行うことができる。
第3実施形態について、図21を参照しながら説明する。図21には、本実施形態に係る制御装置100によって行われる制御の内容が、図5や図20と同様のブロック線図として示されている。以下では、第2実施形態と異なる点について主に説明し、第2実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。
本実施形態では、制御装置100の機能の一部が、第1回転電機210や第2回転電機220に組み込まれている。具体的には、第1速度制御部147が第1回転電機210に組み込まれており、第2速度制御部149が第2回転電機220に組み込まれている。換言すれば、第1速度制御部147が、第1回転電機210に設けられた不図示のECUの一部となっており、第2速度制御部149が、第2回転電機220に設けられた不図示のECUの一部となっている。
第1速度制御部147及び第1インバータ211は、第1回転数Rb1についての指令値である第1指令値(R+ΔR)を制御装置100から受信し、この第1指令値に基づいて、第1回転電機210に供給される電流を調整する機構、ということができる。このような第1速度制御部147及び第1インバータ211は、本実施形態における「第1調整機構」に該当する。第1調整機構は、第1回転電機210と共に、第1駆動輪21のホイール内に設けられている。
第2速度制御部149及び第2インバータ221は、第2回転数Rb2についての指令値である第2指令値(R-ΔR)を制御装置100から受信し、この第2指令値に基づいて、第2回転電機220に供給される電流を調整する機構、ということができる。このような第2速度制御部149及び第2インバータ221は、本実施形態における「第2調整機構」に該当する。第2調整機構は、第2回転電機220と共に、第2駆動輪22のホイール内に設けられている。
制御装置100の機能の一部を分離して第1駆動輪21等に持たせることで、制御装置100の構成をより簡素化することができる。このような態様でも、これまでに説明した各実施形態と同様の効果を奏することができる。
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
本開示に記載の制御装置及び制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、1つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置及び制御方法は、1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと1つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
10:車両
21:第1駆動輪
22:第2駆動輪
31:第1従動輪
32:第2従動輪
100:制御装置
110:基本設定部
120:差分設定部
130:動作制御部
210:第1回転電機
212:回転数センサ
220:第2回転電機
222:回転数センサ

Claims (8)

  1. 左側に配置された第1駆動輪(21)と、
    前記第1駆動輪にトルクを付与する第1回転電機(210)と、
    右側に配置された第2駆動輪(22)と、
    前記第2駆動輪にトルクを付与する第2回転電機(220)と、
    路面から受ける力によって回転し、且つ、路面から受ける力によってその舵角を変化させる従動輪(31,32)と、
    前記第1駆動輪の単位時間あたりにおける回転数、である第1回転数を取得する第1回転数取得部(212)と、
    前記第2駆動輪の単位時間あたりにおける回転数、である第2回転数を取得する第2回転数取得部(222)と、
    前記第1回転電機及び前記第2回転電機の動作を制御する制御装置(100)と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記第1回転数及び前記第2回転数の平均値についての目標値、である基本回転数を設定する基本設定部(110)と、
    前記第1回転数と前記第2回転数との差についての目標値、である差分回転数を設定する差分設定部(120)と、
    前記第1回転数及び前記第2回転数の平均値が前記基本回転数となり、前記第1回転数と前記第2回転数との差が前記差分回転数となるように、前記第1回転電機及び前記第2回転電機の動作を制御する動作制御部(130)と、を有する、移動体。
  2. ユーザーの操作が行われる部分である操作部(70)を更に備え、
    前記操作部に対し行われた操作に基づいて、前記基本設定部による前記基本回転数の設定、及び、前記差分設定部による前記差分回転数の設定が行われる、請求項1に記載の移動体。
  3. 前記基本設定部は、所定の第1範囲内において前記基本回転数を設定する、請求項1又は2に記載の移動体。
  4. 前記基本設定部は、単位時間当たりの変化量が所定の第2範囲内となるように前記基本回転数を変化させる、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の移動体。
  5. ヨーレートを測定するヨーレートセンサ(60)を更に備え、
    前記制御装置は、
    前記ヨーレートについての目標値、である目標ヨーレートを設定するヨーレート設定部を更に有し、
    前記差分設定部は、
    前記目標ヨーレートと、前記ヨーレートセンサで測定された実際のヨーレートと、の差に基づいて、前記差分回転数を設定する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の移動体。
  6. 前記第1回転数についての指令値である第1指令値を受信し、前記第1指令値に基づいて、前記第1回転電機に供給される電流を調整する第1調整機構(147,211)と、
    前記第2回転数についての指令値である第2指令値を受信し、前記第2指令値に基づいて、前記第2回転電機に供給される電流を調整する第2調整機構(149,221)と、を更に備え、
    前記第1調整機構は、前記第1回転電機と共に、前記第1駆動輪のホイールに設けられており、
    前記第2調整機構は、前記第2回転電機と共に、前記第2駆動輪のホイールに設けられている、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の移動体。
  7. 移動体の制御装置であって、
    前記移動体は、
    左側に配置された第1駆動輪と、
    前記第1駆動輪にトルクを付与する第1回転電機と、
    右側に配置された第2駆動輪と、
    前記第2駆動輪にトルクを付与する第2回転電機と、
    路面から受ける力によって回転し、且つ、路面から受ける力によってその舵角を変化させる従動輪と、
    前記第1駆動輪の単位時間あたりにおける回転数、である第1回転数を取得する第1回転数取得部と、
    前記第2駆動輪の単位時間あたりにおける回転数、である第2回転数を取得する第2回転数取得部と、を有するものであり、
    前記第1回転数及び前記第2回転数の平均値についての目標値、である基本回転数を設定する基本設定部と、
    前記第1回転数と前記第2回転数との差についての目標値、である差分回転数を設定する差分設定部と、
    前記第1回転数及び前記第2回転数の平均値が前記基本回転数となり、前記第1回転数と前記第2回転数との差が前記差分回転数となるように、前記第1回転電機及び前記第2回転電機の動作を制御する動作制御部と、を備える、制御装置。
  8. 移動体用のプログラムであって、
    前記移動体は、
    左側に配置された第1駆動輪と、
    前記第1駆動輪にトルクを付与する第1回転電機と、
    右側に配置された第2駆動輪と、
    前記第2駆動輪にトルクを付与する第2回転電機と、
    路面から受ける力によって回転し、且つ、路面から受ける力によってその舵角を変化させる従動輪と、
    前記第1駆動輪の単位時間あたりにおける回転数、である第1回転数を取得する第1回転数取得部と、
    前記第2駆動輪の単位時間あたりにおける回転数、である第2回転数を取得する第2回転数取得部と、
    前記第1回転電機及び前記第2回転電機の動作を制御する制御装置と、を有するものであり、
    前記制御装置に、
    前記第1回転数及び前記第2回転数の平均値についての目標値、である基本回転数を設定させ、
    前記第1回転数と前記第2回転数との差についての目標値、である差分回転数を設定させ、
    前記第1回転数及び前記第2回転数の平均値が前記基本回転数となり、前記第1回転数と前記第2回転数との差が前記差分回転数となるように、前記第1回転電機及び前記第2回転電機の動作を制御させる、プログラム。
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