JP2005137063A - 車両用駆動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ４輪独立に駆動手段が配置されている車両の駆動制御装置において、直進性等の走行安定性を高めた車両用駆動制御装置を提供する。
【解決手段】 ４輪駆動中に、直進定常走行状態が継続していると判断した場合（ステップＳ５〜Ｓ９）には、ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理により、後輪に付与する駆動力Ｔｒを漸減させ、前輪に付与する駆動力Ｔｆを漸増させることで前輪駆動への切替を行い、直進走行性を向上させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両の駆動力を制御する駆動制御装置に関し、特に、４輪独立に駆動手段を有している車両において、各輪に付与する駆動力を制御する車両用駆動制御装置に関する。

前後左右の４輪に駆動力を配分して、１輪または２輪がスリップした場合でも、他の駆動輪に駆動力を付与することで、走行安定性を維持する４輪駆動（４ＷＤ）車が知られている。４ＷＤ車では、通常、駆動源の駆動力をデファレンシャルギア等の分配手段によって各駆動輪に配分しているが、各駆動輪に独立に電動モータ等の駆動源を配置する方式も知られている（例えば、特許文献１参照）。このように、駆動源を独立配置すると、分配手段が不要となるため、伝達ロスを減らすことができ、また、車室スペースを確保することが容易となる等の利点がある。一方で、各駆動輪に与える駆動力を独立して制御する必要があり、特許文献１は、特に、スリップ傾向にある駆動輪とその他の駆動輪との間での駆動力配分に関する技術を開示している。
特開平１０−２９５００４号公報（段落００１４〜００３２、図１〜図１３）

ところで、このように各駆動輪に独立して駆動源を配置した場合、各駆動輪ごとのタイヤ半径等の個体差、駆動源の個体差が生ずるが、この結果、各駆動輪の駆動力に差が生じ、その結果、直進性等の走行安定性を損なうおそれがある。

そこで本発明は、４輪独立に駆動手段が配置されている車両の駆動制御装置において、直進性等の走行安定性を高めた車両用駆動制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る車両用駆動制御装置は、４輪それぞれに独立の駆動手段を有する車両の各駆動手段による駆動力を制御する車両用駆動制御装置において、車両の走行状態を判定する走行状態判定手段をさらに備え、走行状態判定手段により車両が直進状態と判定した場合には、後輪を駆動する駆動手段の駆動力を低減する後輪駆動力低減制御を行うことを特徴とする。

車両が直進状態にあるか否かは、操舵角変化、ヨーレート変化、左右輪の回転差等から判定できる。直進状態と判定した場合には、後輪を駆動する駆動手段の駆動力を低減するが、これにより、前輪の駆動力配分が増大することになる。

車両が直進状態で、かつ、加速状態が所定の程度を超えない場合に、後輪駆動力低減制御を行うことが好ましい。加速状態は、ブレーキやアクセルの操作量等から判定可能である。このように、加速状態を判定して、一定以上の加速・減速時を除く、略定常直進走行時のみに後輪駆動力低減制御を実施することが好ましい。

後輪駆動力低減制御時に、前輪を駆動する駆動手段の駆動力を後輪の低下駆動力分だけ増大させる制御を行うことが好ましい。すなわち、車両に付与される総駆動力は一定に維持される。

直進状態の場合に、後輪を駆動する駆動手段の駆動力を低減し、主に前輪を駆動して走行することにより、４輪間ではなく、２輪間の駆動力バランスを制御すれば足りることになるため、制御が簡略化されるとともに、前輪走行による直進性の維持が容易になる。

加速・減速時は、４輪駆動とすることで、加速・減速性能を確保し、車両挙動を安定的に制御する。一方、略定常直進状態においては前輪駆動とすることで直進性を優先する。

後輪駆動力低減制御時も車両に付与する総駆動力を一定に維持することで、駆動力の配分変更によらずに、運転者は同一のアクセル・ブレーキ操作を行うことができるので、操作性が向上する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。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参照番号を附し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る車両用駆動制御装置を搭載した車両の概略構成図である。この車両は、４輪それぞれの車輪（ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ）内に、駆動源となる電動モータ４_ＦＲ、４_ＦＬ、４_ＲＲ、４_ＲＬを独立に配置したインホイールモータ式の電気自動車である。各車輪ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬには、それぞれブレーキ装置５_ＦＲ、５_ＦＬ、５_ＲＲ、５_ＲＬと、車輪速検出のための車輪速センサ６_ＦＲ、６_ＦＬ、６_ＲＲ、６_ＲＬが併設される。

本発明に係る車両用駆動制御装置の制御部に該当するモータ制御装置１には、各電動モータ４_ＦＲ、４_ＦＬ、４_ＲＲ、４_ＲＬと、各車輪速センサ６_ＦＲ、６_ＦＬ、６_ＲＲ、６_ＲＬとバッテリ２が接続されるとともに、アクセルペダル開度を検出するアクセルペダルストロークセンサ７、操舵量を検出する舵角センサ８、シフト設定状態を検出するシフトスイッチ９の各出力信号が入力されている。一方、ブレーキ制御装置３は、各ブレーキ装置５_ＦＲ、５_ＦＬ、５_ＲＲ、５_ＲＬが接続されるともとに、ブレーキペダル開度を検出するブレーキペダルストロークセンサ１０の出力信号が入力されている。モータ制御装置１とブレーキ制御装置３とは相互に情報伝達を行うよう接続されている。

この車両においては、運転者がアクセルペダルを操作すると、モータ制御装置１は、アクセルペダルストロークセンサ７で検出したアクセル開度θと、シフトスイッチ９におけるシフト設定状態に基づいて各車輪ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬに付与すべき駆動トルクを演算し、求めた駆動トルクが得られるよう各電動モータ４_ＦＲ、４_ＦＬ、４_ＲＲ、４_ＲＬの作動を制御する。例えば、モータの目標トルクＴを図２に示されるようにアクセルペダルストローク（アクセルペダル開度θ）に比例するように設定すると、運転者のペダル操作に合致した駆動トルク特性を実現することができる。

また、ブレーキペダルを操作した場合には、ブレーキ制御装置３は、ブレーキペダルストロークセンサ１０の出力を基にして、各ブレーキ装置５_ＦＲ、５_ＦＬ、５_ＲＲ、５_ＲＬにより各車輪ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬに付与すべき制動力を制御する。このとき、各電動モータ４_ＦＲ、４_ＦＬ、４_ＲＲ、４_ＲＬを発電機として機能させることで、回生発電を行い、電力として回収してバッテリ２へと蓄えてもよい。

ここで、具体的な駆動力制御を図３〜図６を参照して説明する。図３は、この駆動力制御の処理を示すフローチャートであり、図４、図５は、それぞれ本処理で使用する関数ｋ、ｆを説明するグラフであり、図６は、本処理による駆動力の時間変化の一例を示すタイムチャートである。この制御処理は、モータ制御装置１によって、車両の電源スイッチがオンにされている間、所定のタイミングで繰り返し実行されるものである。

最初に、車両状態量をそれぞれ読み込む（ステップＳ１）。ここで読み込む車両状態量は、アクセルペダルストロークセンサ７で検知したアクセルペダル開度θａ、ブレーキペダルストロークセンサ１０で検知したブレーキペダル開度θｂ、舵角センサ８で検出した舵角δ、各車輪速センサ６_ＦＲ、６_ＦＬ、６_ＲＲ、６_ＲＬで検出した各輪の車輪速α_ＦＲ、α_ＦＬ、α_ＲＲ、α_ＲＬである。

次に、現在の駆動力制御状態を判定する（ステップＳ３）。４輪ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬすべてに所定の配分で駆動力を付与している４輪駆動（４ＷＤ）制御状態にある（後述する４ＷＤ制御フラグがオンになっている）場合には、ステップＳ５へと移行する。ここでは、前輪・後輪に５０対５０で駆動力を配分する場合を例に説明する。この配分比は車両の特性、運転モードによって変更してもよい。

ステップＳ５では、車両状態量を基にして直進定常状態にあるか否かの判定を行う。例えば、舵角δの絶対値|δ|がしきい値δth未満で操舵状態でなく、アクセルペダル開度θaが０より大きく、かつ、しきい値θa_th未満で、アクセルペダル開度θaの時間変化量の絶対値|ｄθa／ｄｔ|がしきい値ｄθth未満の加減速操作状態でない場合の全ての条件を満たすときに、直進定常状態と判定すればよい。車両の進行方向、加速度変化を基に判定することもできる。

直進定常状態と判定した場合には、ステップＳ７へと移行し、直進定常状態の走行継続時間を表す変数tcにタイムステップΔｔを加算し、直進定常解除状態の走行継続時間を表す変数txを０にリセットする。そして、tcをしきい値tc_thと比較する（ステップＳ９）。tcがtc_thより大きい、つまり、所定時間tc_thを超えて直進定常状態が継続していると判定した場合には、ステップＳ１１に移行して４ＷＤ制御フラグをオフにし、前輪に付与する目標トルクＴｆと後輪に付与する目標トルクＴｒとをそれぞれtcの関数ｋに基づいて以下のように設定する（ステップＳ１３）。

Ｔｆ＝k(tc)×Ｔtotal
Ｔｒ＝(１−k(tc))×Ｔtotal
なお、左右の各輪に配分する駆動トルクはこの半分になる。関数ｋの値は、tcの変化に伴い値が変化し、例えば、図４に示されるように設定されている。ここでは、関数ｋの値がtc≦tc_thのときは、０．５となり、tc≧tc_th2のときは１、tc＝（tc_th＋tc_th2）／２のとき、０．７５であって、tc_th≦tc≦（tc_th＋tc_th2）／２のときは、ｄｋ／ｄtcが０から単調増加し、（tc_th＋tc_th2）／２≦tc≦tc_th2のときは、ｄｋ／ｄtcが０まで単調減少する傾向を有するものとする。

ステップＳ１５では、tcがtc_th2以上となっているか否かを判定する。tc_th2以上となっている場合には前輪のみを駆動して走行する２ＷＤへの切替制御完了として２ＷＤ制御フラグをオンにする（ステップＳ１７）。ステップＳ１９では設定した目標トルクが得られるよう各電動モータ４_ＦＲ、４_ＦＬ、４_ＲＲ、４_ＲＬに供給する電力を制御する。

２ＷＤ制御フラグがオンの場合、後輪の電動モータ４_ＲＲ、４_ＲＬは空転状態とし、前輪の電動モータ４_ＦＲ、４_ＦＬにのみ電力を供給して、前輪駆動により走行する。ステップＳ１５で、ｔｃがtc_th2に達していないと判定された場合には、直接、ステップＳ１９へと移行する。この場合は、設定したＴｆ、Ｔｒに基づいて各電動モータ４_ＦＲ、４_ＦＬ、４_ＲＲ、４_ＲＬにより付与する駆動力を制御する４ＷＤ走行となる。

一方、ステップＳ５で、直進定常状態でないと判定した場合には、ステップＳ２１へと移行し、tcを０にリセットし、さらに、所定の駆動力配分（ここでは、５０対５０）で前輪ＦＲ、ＦＬと後輪ＲＲ、ＲＬにそれぞれ付与する駆動力Ｔｆ、Ｔｒを求め（ステップＳ２３）、ステップＳ１９へと移行する。また、ステップＳ９で、直進定常状態の継続時間が短いと判定された場合もステップＳ２３へ移行し、その処理の後にステップＳ１９へと移行する。これらの場合には、所定の駆動力配分による４ＷＤ走行となる。

ステップＳ３で４ＷＤ走行状態でない（４ＷＤ制御フラグがオフになっている）と判定した場合には、ステップＳ３１へと移行して２ＷＤ制御に完全に切り替わっているか否かを判定する（具体的には、２ＷＤ制御フラグがオンになっているか否かを判定する）。完全に切り替わっていない場合、つまり２ＷＤへの移行制御中または２ＷＤから４ＷＤへの移行制御中の場合にはステップＳ３３へと移行して直進定常解除状態の走行継続時間を表す変数txの値が正であるか否かを判定する。正の場合には、後述するステップＳ３９へと移行し、０の場合には、ステップＳ３５へと移行する。

ステップＳ３５では、直進定常状態の解除条件が満たされているか否かを判定する。例えば、（１）舵角δの絶対値|δ|がしきい値δth以上で操舵状態にある場合、（２）アクセルペダル開度θの時間変化量の絶対値|ｄθ／ｄｔ|がしきい値ｄθth以上で加減速操作状態にある場合、（３）各車輪速αから求めた車輪のスリップ状態が１輪でも所定のスリップ状態を超えた場合、（４）ブレーキペダル開度θbがしきい値θb_th以上の場合のいずれかの条件を満たすときに、直進定常状態の解除条件を満たしたと判定すればよい。

条件が満たされていない場合には、２ＷＤへの移行制御を継続すべきと判定し、ステップＳ７へと移行することで２ＷＤへの移行制御を継続する。一方条件が満たされた場合には、ステップＳ３９へと移行し、直進定常解除状態の走行継続時間を表す変数txにタイムステップΔｔを加算し、直進定常状態の走行継続時間を表す変数tcを０にリセットする。その後、前輪に付与する目標トルクＴｆと後輪に付与する目標トルクＴｒとをそれぞれtxの関数ｆに基づいて以下のように設定する（ステップＳ４１）。

Ｔｆ＝ｆ(tx)×Ｔtotal
Ｔｒ＝(１−ｆ(tx))×Ｔtotal
なお、左右の各輪に配分する駆動トルクはこの半分になる。関数ｆの値は、txの変化に伴い値が変化し、例えば、図５に示されるように設定されている。ここでは、関数ｆの値がtx＝０のときは、１となり、tx≧tx_thのときは０．５、tx＝tx_th／２のとき、０．７５であって、０≦tx≦tx_th／２のときは、ｄｆ／ｄtxが０から負へと単調減少し、tx_th／２≦tx≦tx_thのときは、ｄｆ／ｄtxが負から０まで単調増加する傾向を有するものとする。

ステップＳ４３では、txがtx_th以上となっているか否かを判定する。tx_th以上となっている場合には４輪に駆動力を配分して走行する４ＷＤモードへの切替制御完了として４ＷＤ制御フラグをオンにする（ステップＳ４５）。ステップＳ１９では設定した目標トルクが得られるよう各電動モータ４_ＦＲ、４_ＦＬ、４_ＲＲ、４_ＲＬに供給する電力を制御する。

ステップＳ３１で２ＷＤ制御フラグがオンと判定された場合には、ステップＳ５１へと移行してステップＳ３５と同様に直進定常状態の解除条件が満たされているか否かを判定する。解除条件が満たされていると判定された場合には、ステップＳ５３へと移行し、２ＷＤ制御フラグをオフに設定した後に、ステップＳ３９へと移行し、２ＷＤ制御から４ＷＤ制御への移行制御を開始する。一方、解除条件がいずれも満たされていない、つまり、直進定常状態が継続していると判定された場合には、ステップＳ５５へと移行し、前輪ＦＲ、ＦＬのみに駆動力を配分して、ステップＳ１９へと移行し、２ＷＤ制御を行う。

図６に本制御による駆動力配分の時間変化の一例を示す。ここでは、時刻ｔ_０からｔ_３にかけて、直進定常走行状態が継続し、時刻ｔ_３の時点で、舵角操作により直進定常走行状態が解除された場合を示す。ここでは、走行中の総駆動力Ｔtotalは一定とする。

時刻ｔ_０で直進定常走行状態が開始され、時刻ｔ_１に直進定常走行状態の継続時間が所定のしきい値であるtc_thを超えると、４ＷＤ制御から２ＷＤ制御への移行が開始される。具体的には、後輪ＲＲ、ＲＬに付与する駆動力Ｔｒを減少させ、その分だけ前輪ＦＲ、ＦＬに付与する駆動力Ｔｆを増加させる。時刻ｔ_２（≒ｔ_０＋tc_th2）に後輪ＲＲ、ＲＬに付与する駆動力Ｔｒが０となり、２ＷＤ制御（前輪駆動制御）へと完全に移行する。

時刻ｔ３で直進定常走行状態が解除されると、直ちに４ＷＤ制御への移行が開始される。具体的には、後輪ＲＲ、ＲＬに付与する駆動力Ｔｒを増加させ、その分だけ前輪ＦＲ、ＦＬに付与する駆動力Ｔｆを減少させる。時刻ｔ_４（≒ｔ_３＋tx_th）に後輪ＲＲ、ＲＬに付与する駆動力Ｔｒと前輪ＦＲ、ＦＬに付与する駆動力Ｔｆとが同一となり、４ＷＤ制御へと完全に移行する。なお、４ＷＤ制御への移行は、車両挙動の安定的な制御のため、速やかに行うことが好ましい。このため、移行に必要な時間tx_thはできるだけ短縮することが好ましい。これに対して、２ＷＤ制御への移行は、十分に長い時間をかけて行うことが好ましい。

なお、４ＷＤ制御から２ＷＤ制御への移行中に直進定常走行状態が解除された場合も速やかに４ＷＤ制御へと復帰することが好ましい（ステップＳ３５の処理がこれを実現するためのものである）。

本発明をインホイールモータ式の電気自動車で適用した場合、直進定常走行時には前輪駆動に切り替えることにより、各電動モータ、車輪間の個体差による直進安定性の劣化を抑制でき、直進安定性が向上する。さらに、デファレンシャルギア等の差動機構が不要になるため、車体の軽量化、車室スペースの拡大が図れる。また、車輪支持部の回転抵抗を低減できるので、走行に必要な電力も低減できる。

以上の説明では、インホイールモータ式の電気自動車に適用した場合を例に説明してきたが、本発明はインホイールモータ式の電気自動車に限られるものではない。例えば、各輪に独立して対応する駆動源（電動モータのほか、内燃機関、外燃機関でもよい。）を有している車両に対して好適に適用できる。また、このような駆動源を有していればハイブリッド車量等にも好適に適用可能である。

本発明に係る車両用駆動制御装置を搭載した車両の概略構成図である。 アクセルペダルストローク（アクセルペダル開度θ）のモータの目標トルクＴの設定例を示すグラフである。 図１の装置による駆動力制御の処理を示すフローチャートである。 図３の処理で使用する関数ｋを説明するグラフである。 図３の処理で使用する関数ｆを説明するグラフである。 図３の処理による駆動力配分の時間変化の一例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１…モータ制御装置、２…バッテリ、３…ブレーキ制御装置、４…電動モータ、５…ブレーキ装置、６…車輪速センサ、７…アクセルペダルストロークセンサ、８…舵角センサ、９…シフトスイッチ、１０…ブレーキペダルストロークセンサ、ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ…車輪。

Claims (3)

1. ４輪それぞれに独立の駆動手段を有する車両の各駆動手段による駆動力を制御する車両用駆動制御装置において、
   車両の走行状態を判定する走行状態判定手段をさらに備え、
   前記走行状態判定手段により車両が直進状態と判定した場合には、後輪を駆動する駆動手段の駆動力を低減する後輪駆動力低減制御を行うことを特徴とする車両用駆動制御装置。
2. 車両が直進状態で、かつ、加速状態が所定の程度を超えない場合に、前記後輪駆動力低減制御を行うことを特徴とする請求項１記載の車両用駆動制御装置。
3. 前記後輪駆動力低減制御時に、前輪を駆動する駆動手段の駆動力を後輪の低下駆動力分だけ増大させる制御を行うことを特徴とする請求項２記載の車両用駆動制御装置。

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