IIC , MEC 電気自動車におけるロールおよびピッチモーメントオブザーバを用いた規範モデル追従制御落直哉藤本博志堀洋一東京大学 Model Following Control with Roll and Pitch Moment Observer for El

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しょうこかつもと
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IIC 3, EC 3 電気自動車におけるロールおよびピッチモーメントオブザーバを用いた規範モデル追従制御落直哉藤本博志堀洋一東京大学 odel Following Control with Roll and Pitch oment Observer for Electric Vehicle Naoya Ochi, Hiroshi Fujimoto, Yoichi Hori (The

The proposed method is built by roll and pitch control systems based on the observers, it is more robust against parameter variations of the plant and disturbance.

1 IIC 3, EC 3 電気自動車におけるロールおよびピッチモーメントオブザーバを用いた規範モデル追従制御落直哉藤本博志堀洋一東京大学 odel Following Control with Roll and Pitch oment Observer for Electric Vehicle Naoya Ochi, Hiroshi Fujimoto, Yoichi Hori (The University of Tokyo Abstract In this paper, we propose a reference model following control with roll and pitch moment observer in electric vehicle with four in-wheel motors. The proposed method is built by roll and pitch control systems based on the observers, it is more robust against parameter variations of the plant and disturbance. In addition, the proposed method can follow the optimum angle command by using reference model regardless of the state of the vehicle. The eﬀectiveness of the proposed method is veriﬁed by simulation and experimental results. キーワード電気自動車ロール制御ピッチ制御インホイールモータアンチダイブ力規範モデル追従制御 (electric vehicle, roll control, pitch control, in-wheel motors, anti-dive force, model following control. 序論電気自動車 (EV: Electric Vehicle は動力源がモータであるため車両運動制御の観点において 3 つの優位点を持つ 3 つの優位点とはモータのトルク応答が高速かつ正確であることモータに流れる電流によりモータの発生トルクが正確に測定可能であることインホイールモータ (IW を用いることでモータを分散配置し独立駆動可能であることである ( これらの利点を生かして電気自動車の運動制御について数多くの研究が発表されている ( ( また車体の姿勢制御としてアクティブサスペンションを用いた姿勢制御や荷重制御が研究されてきたがこれらの手法ではアクチュエータが増えてしまう ( ( その一方で正負のアンチダイブ力を用いることにより駆動モータだけで姿勢制御や荷重制御が可能である (3 ( ここで正負のアンチダイブ力とはサスペンションの構造により車輪に駆動力が働いたときに車体の上下方向に働く力である IW 車は車載モータ車に比べ正負のアンチダイブ力を大きく出すことが可能である車両の 3 軸周りの回転運動はヨーイング (ヨー角ローリング (ロール角ピッチング (ピッチ角があるロールとは自動車が旋回走行中に横加速度により旋回外側に車体が傾くように発生し同時に x 軸周りのモーメントが加わることにより起きる車体のロール軸周りの運動であるまたピッチとは自動車が直線走行中に駆動力または制動力をかけると前後加速度が発生し同時に y 軸周りのモーメントが加わることにより起きる車体の重心点周りの運動であるこれらのロール角やピッチ角が大きく発生すると乗り心地が悪くなるだけでなく挙動が乱れやすくなりステアレスポンスやブレーキ性能も悪化してしまうためロール角やピッチ角を抑制する必要がある特にこれらが同 (a FPEV-Kanon Fig. (b In-wheel motor Experimental vehicle 時に発生する減速旋回時では挙動が非常に乱れやすく事故につながりやすい著者等は四輪独立駆動の電気自動車における正負のアンチダイブ力を用いた定常円旋回中のロール角制御 (7 減速旋回時を想定したロールとピッチの同時制御 ( を提案したしかしこれらの制御系では各指令値として一定角度を入力するだけであった文献 ( では無理な角度指令値を入力することで駆動力が飽和し実験にて大きな有効性を示すことが出来ていないそこで本稿では自動車の減速旋回時において規範モデルを用いて各角度指令値を生成し追従させる規範モデル追従制御を提案する指令値の生成に規範モデルを用いることでより適切な指令値となり無理の無い駆動力の配分が可能になると考えられるまたロールモーメントオブザーバ (RO およびピッチモーメントオブザーバ (PO を構成することによりパラメータ変動等を外乱として一括補償することでロバスト性の向上が期待できる提案法の減速旋回時のロール角とピッチ角の抑制および指令値への追従パラメータ変動に対するロバスト性をシミュレーションにて示すまた実験にて提案法の有効性を確認する. 実験車両本稿では実験車両としてアウターロータ型インホイー /

2 Table Parameters of FPEV Kanon Vehicle weight( [kg] Wheelbase(l.7 [m] Distance between front axle and center of gravity(l f.999 [m] Distance between rear axle and center of gravity(l r.7 [m] Front wheel tread width(d f. [m] Rear wheel tread width(d r. [m] Front wheel inertia(j ωf. [kg/m ] Rear wheel inertia(j ωr. [kg/m ] Radius of the tire(r. [m] Î Î Æ Ü Æ ««Ð Ö Ý Ð Ý Ö Ð Æ Æ Ö Ö Ð Î «Ý «ÖÐ ÖÖ Ð Ö yall h g a x + y ( F x x xall y yall F xfl F xfr F xrl F xrr β γ h s h g a y a x d f d r u zfl u zfr u zrl u zrr F x Fig. 3 ÝÖÐ Fig. Ö ÝÖÖ Vehicle model u zfj F xfj tan ϕ f ( u zrj F xrj tan ϕ r (7 F zfj F zrj F zfj N f a x h ρ f a y h u zfj l f + l r d f ( Fig. 3 Anti dive force Fig. Half car model F zrj N r + a x h ρ r a y h u zrj l f + l r d r (9 FPEV Kanon Nm 3 Nm Fig. (a Fig. (b Table 3. 3 Fig. (9 F x F xfl + F xfr + F xrl + F xrr ( x d f ( u zfl + u zfr + d r (u zrl u zrr G fl F xfl + G fr F xfr + G rl F xrl + G rr F xrr ( xall h s a y + x (3 y l f u zfl l f u zfr + l ru zrl + l ru zrr H fl F xfl + H fr F xfr + H rl F xrl + H rr F xrr ( j l, r ϕ f ϕ r N f N r a x h l f l r ρ f ρ r 3 x xall ( I r s + C r s + K r θr ( I r C r K r xall θ r θ r I r s xall + C r s + K r (h I r s s a y + x ( + C r s + K r /

3 Fig. Refernce model Fig. Block diagram of proposed method Plant Table Refernce model Parameters of Reference model I C K Roll Pitch Roll Pitch Fig. 7 Block diagram of RO/PO 3 3 ( Fig. yall ( I p s + C p s + K p θp ( I p y C p K p xall θ p θ p I p s yall + C p s + K p (h I ps g a x + y (3 + C ps + K p Table Plant. Fig. Fig. Reference odel F x x y Fig. DFDL(Driving Force Distribution Law Fig. z ij θ r θ p ( ( ( θr I rns xall ( + C rns + K rn θp I pns yall ( + C pns + K pn Table Reference model V δ f ( ( yall h ga xn ( yall h s a yn (7 a yn (V δf ( l θ r θ p (RO (PO ( (3 ( Ir s + C r s + K r θr h s a y + x + xd (9 ( Ips + C ps + K p θp h ga x + y + yd ( 3/

4 Table 3 Parameter variations I C K Roll w/o variations Pitch w/ variations Roll.. 3. Pitch xd yd Fig. 7 xad h s a y C r θ r K r θ r + xd yad h g a x C p θ p K p θ p + yd Fig. 7 I n y I r θr xad + x ( I p θp yad + y ( F x Fig. 7 DFO(Driving Force Observer x y ( ( Fig. 7 Roll and Pitch oment Calculator 3 Driving Force Distribution Law : DFDL DFDL F x x y x y RO PO DFDL F xfl F x G fl G fr G rl G rr F xfr H fl H fr H rl H rr x d f d f dr dr F xrl F xrr y z (3 z T rf d. (Fig. C ( V s F x ( w v rad/s (3 PD (Fig. C C 3 ( (3 w roll rad/s w pitch rad/s w ro rad/s w po rad/s PID PID w roll rad/s w pitch rad/s Table 3 V km/h t s N t s.3 rad Fig. Fig. Fig. (a Fig. 9(a Fig. (b Fig. 9(b Fig. (c Fig. 9(c Fig. (d Fig. 9(d Fig. (a (d Fig. 9(a (d. V m/s /

5 x 3 x 3 (a Velocity (b Roll angle (c Pitch angle (d Driving force Fig. Simulation results of conventional method(w/o parameter variations x 3 x 3 (a Velocity (b Roll angle (c Pitch angle (d Driving force Fig. 9 Simulation results of proposed method(w/o parameter variations x 3 x 3 (a Velocity (b Roll angle (c Pitch angle (d Driving force Fig. Simulation results of conventional method(w/ parameter variations x 3 x 3 (a Velocity (b Roll angle (c Pitch angle (d Driving force Fig. Simulation results of proposed method(w/ parameter variations N.9 rad w roll rad/s w pitch rad/s w ro rad/s w po rad/s Fig. Fig. 3 Fig. (a Fig. 3(a Fig. (b Fig. 3(b Fig. (c Fig. 3(c Fig. 3(b Fig. 3(c Fig. (d Fig. 3(d 7 s /

6 .... x 3.. (avelocity (broll angle (cpitch angle (ddriving force Fig. Experimental results w/o control.... x 3.. (avelocity (broll angle (cpitch angle (ddriving force Fig. 3 Experimental results w/ control 7. NEDO ( ID:A7d 7 Y. Hori: Future vehicle driven by electricity and control research on four-wheel-motored UOTElectric arch II, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol., No., pp. 9 9, K. Kawashima, T. Uchida,. Tomizuka, Y. Hori: Rolling stability control of in-wheel electric vehicle based on two-degree-of-freedom control, The th IEEE International Workshop on Advanced otion Control, pp. 7 7, 3 S. Sato H. fujimoto: Proposal of pitching Control for Electric Vehicle with In-Wheel otor, IEE of Japan Technical eeting Recoard, IIC 7, pp. 7, 7 E. Katsuyama: Decoupled 3D oment Control by In- Wheel otor, JSAE Annual Congress(Spring, No.3, pp., Y. Hanamura, K. Fujita, Y. Araki,. Oya, H. Harada: Control of Vehicle aneuverability and Stability of Wheeled Vehicle by Active Suspension Control with Additional Vertical Load Control, The Japan Society of echanical Engineers. C No. 9 9, pp. 3 3, 99 S. Buma H. Satou T.Yonekawa T. Ohnuma K. Hattori. Sugihara: Synthesis and Development of the Avtive Control Suspension, Transactions of the Japan Society of echanical Engineers. C Vol.7 No. 3 pp. 7 3,99 7 N. Ochi H. Fujimoto, Y. Hori: Roll Angle Control using Positive and Negative Anti-dive Force for Electric Vehicle with Four In-wheel otors, IEE of Japan Industry Applications Society Conference, pp. 33 3, N. Ochi H. Fujimoto, Y. Hori: Roll and Pitch Control using Positive and Negative Anti-dive Force for Electric Vehicle with Four In-wheel otors, Transportation and Logistics Conference, pp. 9 9, 9, (3 /

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