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2012 年度 実績報告書

先進安全機能を有する電気自動車の航続距離延長制御システムの研究

研究課題

研究課題/領域番号 22246057
研究機関東京大学

研究代表者

藤本 博志  東京大学, 新領域創成科学研究科, 准教授 (20313033)

研究分担者 堀 洋一  東京大学, 新領域創成科学研究科, 教授 (50165578)
河村 篤男  横浜国立大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80186139)
研究期間 (年度) 2010-05-31 – 2014-03-31
キーワード電気自動車 / 制御システム / モータ制御 / 一充電走行距離 / 車両運動制御 / モーションコントロール / パワーエレクトロニクス
研究概要

本研究では,複数の駆動用及び操舵用のモータを最適に制御することにより,電気自動車(EV)の一充電走行距離を飛躍的に伸ばすことを可能とする制御システムの研究開発を目的としている。さらにモータの高制御性を利用した運動制御技術と有機的に組み合わせ,安全で高効率なEVを開発する。その最適な駆動方式を学術的に明らかにするために,同一車両で様々な駆動方式を公平に比較を行うことが可能な「サブユニット方式」を有する世界唯一のEVを試作する。CO2と車両の不安定性起因の交通事故を抜本的に減らす研究を最終目標とする。
昨年度までに,航続距離延長制御システムの基礎理論を開発し,試作車の基本構成を完成させ,実証実験を開始した。今年度は,インホイールモータや車載モータなど機構の異なるサブユニットを複数製作し,それぞれの構成に応じた航続距離延長制御システムを開発した。具体的には,モータの鉄損・銅損,荷重変動によるスリップ率に起因する損失を緻密にモデル化し,最適な効率になる駆動力配分制御則を厳密に解析的に導出し,その実験検証を行った。
また横力センサ及びアクティブ操舵機構の制御系開発を完成させた。通常走行時はコーナリング抵抗を最小限に抑えエネルギー効率を最大化し,緊急時は必要な横滑り角と制駆動力を全輪に与え姿勢制御を行う先進安全RECSの実証試験を行い,安全性と航続距離の両立に成功した。
さらに,車載モータ方式においては,ドライブシャフトの機構共振といった,理想的なインホイールモータ駆動車では起こり得なかった問題が存在した。そこで今年度は,実社会でもより実用化が進んでいる車載モータ方式を,理想的な駆動系に近づけるために,振動を抑制しながらも駆動力を直接制御することができる画期的な制御系を開発した。その手法は,スリップ率や路面状態により機構共振周波数が変動する問題点を,ロバストな推定技術により克服した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

上述したように,当初の計画通り,インホイールモータや車載モータなど機構の異なるサブユニットを複数製作し,実験検証を行った。それだけではなく,早くも本成果を複数の企業との共同研究に適用して,大きな成果を収めるなど,当初の計画以上に進展している。
また,インホイールモータはエネルギー効率においても運動制御面でも大きな利点を有するが,サスペンションの下に重いモータを搭載する必要があるので,路面凹凸入力に対して乗り心地と接地性が悪化する可能性があるとされている。この問題に対して,サスペンションの構造を利用して垂直方向の力を発生できる,インホイールモータ駆動特有の利点をいかしたアクティブ姿勢制御技術を開発した。この実証において,左右独立型車載ユニットのサスペンションの瞬間回転中心を自在に変更することができる画期的な機構を開発することができた。この成果により,アクティブサスペンションなどといった特別な機構を必要とせずに,インホイールモータにより上下力を自由に制御することを可能にした。

今後の研究の推進方策

今後は本研究の総まとめとして,開発した航続距離延長制御法において,インバータ損失,モータの鉄損・銅損,スリップ率に起因する損失といった,より詳細な損失分離を行い,さらなる性能向上を目指す。また電気自動車ならではの自動運転のために,航続距離を最大化することができる,速度や姿勢角度の軌道最適化設計を行う。産業界のみならず,国の研究機関とも協力をして,航続距離延長制御の総合評価を行い,研究をまとめる。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件) 学会発表 (17件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Four-wheel Driving-force Distribution Method for Instantaneous or Split Slippery Roads for Electric Vehicle2013

    • 著者名/発表者名
      Kenta Maeda, Hiroshi Fujimoto, Yoichi Hori
    • 雑誌名

      Automatika

      巻: vol.54, no.1 ページ: 103-113

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Overcoming Current Quantization Effects for Precise Current Control by Dithering Techniques2013

    • 著者名/発表者名
      Hongzhong Zhu, Hiroshi Fujimoto
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: Vol.2, No.1 ページ: 14-21

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of Sideslip and Roll Angles of Electric Vehicles Using Lateral Tire Force Sensors Through RLS and Kalman Filter Approaches2013

    • 著者名/発表者名
      K. Nam, S. Oh, H. Fujimoto, and Y. Hori
    • 雑誌名

      IEEE Transaction on Industrial Electronics

      巻: Vol.60, No.3 ページ: 988-1000

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robust Repetitive Perfect Tracking Control of HDDs Based on Re-learning Scheme2013

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Fujimoto
    • 雑誌名

      IEEJ Journal of Industry Applications

      巻: Vol.2, No.1 ページ: 40-47

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lateral Stability Control of In-wheel-motor-driven Electric Vehicles Based on Sideslip Angle Estimation Using Lateral Tire Force Sensors2012

    • 著者名/発表者名
      K. Nam, H. Fujimoto, and Y. Hori
    • 雑誌名

      IEEE Transaction on Vehicular Technology

      巻: Vol.61, No.5 ページ: 1972-1985

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Image-Processing-Based State Estimation for Vehicle Lateral Control using Multi-rate Kalman Filterinh Nguyen, Palakon Kotchapansompote, Hiroshi Fujimoto and Yoichi Hori2012

    • 著者名/発表者名
      Yafei Wang, Binh Minh Nguyen, Palakon Kotchapansompote, Hiroshi Fujimoto and Yoichi Hori
    • 雑誌名

      Recent Patents on Signal Processing

      巻: Vol.2, No.2 ページ: 140-148

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 終端状態制御に基づく弱め界磁領域でのSPMSMの電流制御2012

    • 著者名/発表者名
      宮島孝幸, 藤本博志, 藤綱雅己
    • 雑誌名

      電気学会論文誌D

      巻: Vol.132, No.8 ページ: 794-801

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 瞬間低μ路での駆動力維持を目的としたインホイールモータ搭載電気自動車の前後輪駆動力配分法2012

    • 著者名/発表者名
      前田健太, 藤本博志, 堀 洋一
    • 雑誌名

      機械学会論文集C編

      巻: Vol.78, No.794 ページ: 3383-3392

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Robust yaw stability control for electric vehicles based on active front steering control through steer by wire system2012

    • 著者名/発表者名
      K. Nam, S. Oh, H. Fujimoto, and Y. Hori
    • 雑誌名

      International Journal of Automotive Technology

      巻: Vol.13, No.7 ページ: 1169-1176

    • 査読あり
  • [学会発表] Model-based Design of Voltage Phase Controller for SPMSM in Field-weakening Region2013

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Miyajima, Hiroshi Fujimoto, and Masami Fujitsuna
    • 学会等名
      28th Annual Applied Power Electronics
    • 発表場所
      Long Beach, CA, USA
    • 年月日
      20130321-20130321
  • [学会発表] Proposal of Roll Angle Control Method2013

    • 著者名/発表者名
      Naoya Ochi, Hiroshi Fujimoto and Yoichi Hori
    • 学会等名
      ICM2013
    • 発表場所
      Vicenza ,Itary
    • 年月日
      20130228-20130228
  • [学会発表] Electric Vehicle Stability Control Based on Disturbance Accommodating Kalman Filter2013

    • 著者名/発表者名
      B.M. Nguyen,Y. Wang,H. Fujimoto, Y. Hori
    • 学会等名
      ICM2013
    • 発表場所
      Vicenza ,Itary
    • 年月日
      20130227-20130227
  • [学会発表] GPS Based Estimation of Vehicle Sideslip Angle Using Multi-rate Kalman Filter With Prediction of Course Angle Measurement Residual2012

    • 著者名/発表者名
      Binh Minh Nguyen, Yafei Wang, Sehoon Oh, Hiroshi Fujimoto, Yoichi Hori
    • 学会等名
      FISITA 2012 World Congress
    • 発表場所
      Beijing,China
    • 年月日
      20121128-20121128
  • [学会発表] Vision based Multi-rate Estimation and Control of Body Slip Angle for Electric Vehicles2012

    • 著者名/発表者名
      Yafei Wang, BinhMinh Nguyen, Hiroshi Fujimoto, and Yoichi Hori
    • 学会等名
      IEEE IECON 2012
    • 発表場所
      Montreal,Canada
    • 年月日
      20121026-20121026
  • [学会発表] Torque Based Direct Driving Force Control Method with Driving Stiffness Estimation for Electric Vehicle with In-Wheel Motor2012

    • 著者名/発表者名
      Junya Amada,Hiroshi Fujimoto
    • 学会等名
      IEEE IECON 2012
    • 発表場所
      Montreal,Canada
    • 年月日
      20121026-20121026
  • [学会発表] Range Extension Control System for Electric Vehicle Based on Searching Algorithm of Optimal Front and Rear Driving Force Distribution2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Fujimoto, Sho Egami, Jun Saito and Kazuaki Handa
    • 学会等名
      IEEE IECON 2012
    • 発表場所
      Montreal,Canada
    • 年月日
      20121026-20121026
  • [学会発表] Overcoming Current Quantization Effects for Precise Current Control by Combining Dithering Techniques and Kalman Filter2012

    • 著者名/発表者名
      Hongzhong Zhu, Hiroshi Fujimoto
    • 学会等名
      IEEE IECON 2012
    • 発表場所
      Montreal,Canada
    • 年月日
      20121026-20121026
  • [学会発表] Four-wheel Driving-force Distribution Method Based on Driving Stiffness and Slip Ratio Estimation for Electric Vehicle with In-wheel Motors2012

    • 著者名/発表者名
      Kenta Maeda, Hiroshi Fujimoto, Yoichi Hori
    • 学会等名
      IEEE VPPC2012
    • 発表場所
      Seoul,Korea
    • 年月日
      20121012-20121012
  • [学会発表] Sideslip Angle Estimation Using GPS and Disturbance Accommodating Multi-rate Kalman Filter for Electric Vehicle Stability Control2012

    • 著者名/発表者名
      Binh Minh Nguyen, Yafei Wang, Hiroshi Fujimoto, Yoichi Hori
    • 学会等名
      IEEE VPPC2012
    • 発表場所
      Seoul,Korea
    • 年月日
      20121012-20121012
  • [学会発表] Review of Traction and Braking Control for Electric Vehicle2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Fujimoto, Junya Amada, Kenta Maeda
    • 学会等名
      IEEE VPPC2012
    • 発表場所
      Seoul,Korea
    • 年月日
      20121012-20121012
  • [学会発表] Proposal of Multi-rate Controller for Vehicle Body Slip Angle Based on Real-time Lane Detection2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Wang,B.M. Nguyen,H. Fujimoto, Y. Hori
    • 学会等名
      11th International Symposium on Advanced Vehicle Control (AVEC '12)
    • 発表場所
      Seoul, Korea
    • 年月日
      20120910-20120910
  • [学会発表] Advanced Safety Range Extension Control System with Front- and Rear-active Steering and Left- and Right-force Distribution2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Fujimoto,Hayato Sumiya
    • 学会等名
      The 2012 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics
    • 発表場所
      Taiwan
    • 年月日
      20120713-20120713
  • [学会発表] Motion Control of Electric Vehicles Based on Robust Lateral Tire Force Control Using Lateral Tire Force Sensors2012

    • 著者名/発表者名
      Kanghyun Nam, Hiroshi Fujimoto, and Yoichi Hori
    • 学会等名
      The 2012 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics
    • 発表場所
      Taiwan
    • 年月日
      20120713-20120713
  • [学会発表] Vision-based Vehicle Body Slip Angle Estimation with Multi-rate Kalman Filter considering Time Delay2012

    • 著者名/発表者名
      Y. Wang,B.M. Nguyen,P. Kotchapansompote, H. Fujimoto, Y. Hori
    • 学会等名
      IEEE International Symposium on Industrial Electronics
    • 発表場所
      Hangzhou, China
    • 年月日
      20120529-20120529
  • [学会発表] 安全性/快適性/航続距離向上のための前後輪独立駆動電気自動車の制御2012

    • 著者名/発表者名
      藤本博志, 江上奨, 前田健太, 齋藤潤, 半田和功
    • 学会等名
      自動車技術会 2012年春季学術講演会
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      20120523-20120523
    • 招待講演
  • [学会発表] Design of Adaptive Sliding Mode Controller for Robust Yaw2012

    • 著者名/発表者名
      Kanghyun Nam, Sehoon Oh, Hiroshi Fujimoto and Yoichi Hori
    • 学会等名
      Electric Vehicle Symposium (EVS)26
    • 発表場所
      Los Angeles, California, USA
    • 年月日
      20120509-20120509
  • [備考] 東京大学堀・藤本研究室

    • URL

      http://hflab.k.u-tokyo.ac.jp/index_ja.html

  • [産業財産権] モータ制御2012

    • 発明者名
      藤本博志,兼松正人,榎本俊夫,吉本貫太郎,宮川隆行
    • 権利者名
      藤本博志,兼松正人,榎本俊夫,吉本貫太郎,宮川隆行
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2012-208362
    • 出願年月日
      2012-09-21

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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