JP2006136173A - 車両のモータトラクション制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 路面摩擦係数の高低にかかわらず、部品保護と前後Ｇハンチング防止との両立を達成することができる車両のモータトラクション制御装置を提供すること。
【解決手段】 車輪を駆動する動力源に装備された少なくとも１つのモータと、車輪の駆動スリップを検出し、モータトルクダウン制御により車輪のグリップを回復させるモータトラクション制御手段と、を備えた車両のモータトラクション制御装置において、路面摩擦係数相当値を推定する路面摩擦係数相当値推定手段を設け、前記モータトラクション制御手段は、モータトラクション制御の制御ゲインを前記路面摩擦係数相当値が低摩擦係数を示すときは高い値に設定し高摩擦係数を示すほど低い値に設定し、設定した制御ゲインとスリップ量を乗算した値に基づきモータトルクダウン制御量を算出する手段とした。
【選択図】 図６

Description

本発明は、ハイブリッド車や電気自動車等に適用され、車輪を駆動する動力源に少なくとも１つのモータが装備された車両のモータトラクション制御装置に関する。

車輪を駆動する動力源にモータが装備されたハイブリッド車や電気自動車等では、車輪が駆動スリップすると、車輪の駆動スリップに合わせてモータが過回転し、モータ駆動回路に過電流が発生するため、部品保護のためには駆動スリップを応答良く収束させる必要がある。この部品保護を目的として駆動スリップを収束させるモータトラクション制御装置は、駆動車輪の回転角速度の変化率（角加速度）が所定値以上のときに駆動スリップが発生すると予測し、モータトルクを低下する構成とし、モータトルクの増加に伴って生じる駆動スリップを防止している（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３０４５１４号公報

しかしながら、上記従来のモータトラクション制御装置にあっては、駆動スリップが生じやすい低μ路における部品保護を優先し、駆動スリップの発生が予測されると高制御ゲイン（固定値）により大きなモータトルクダウン制御量を与える構成としていたため、駆動スリップが発生するとモータトルクが低減するが、モータトルクの低減により駆動車輪の角加速度が低下するとモータトルクの増加が許容され、再びスリップが発生する。駆動輪の車輪においてスリップの発生と収束とが繰り返され車輪速回転が変動すると、その反力により車両前後Ｇが変動する前後Ｇハンチングが発生してしまう、という問題がある。特に、車輪を駆動する動力源にモータが装備された車両は、モータによるトルクの増減応答性が速いので、このような現象がエンジン車に比べ生じやすい。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、路面摩擦係数の高低にかかわらず、部品保護と前後Ｇハンチング防止との両立を達成することができる車両のモータトラクション制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明における車両のモータトラクション制御装置では、車輪を駆動する動力源に装備された少なくとも１つのモータと、車輪の駆動スリップを検出し、モータトルクダウン制御により車輪のグリップを回復させるモータトラクション制御手段と、を備えた車両のモータトラクション制御装置において、
路面摩擦係数相当値を推定する路面摩擦係数相当値推定手段を設け、
前記モータトラクション制御手段は、モータトラクション制御の制御ゲインを、前記路面摩擦係数相当値が低摩擦係数を示すときは高い値に設定し高摩擦係数を示すほど低い値に設定し、設定した制御ゲインとスリップ量を乗算した値に基づきモータトルクダウン制御量を算出することを特徴とする。

よって、本発明の車両のモータトラクション制御装置にあっては、モータトラクション制御手段において、モータトラクション制御の制御ゲインが、路面摩擦係数相当値が低摩擦係数を示すときは高い値に設定され、高摩擦係数を示すほど低い値に設定され、設定された制御ゲインとスリップ量を乗算した値に基づきモータトルクダウン制御量が算出される。すなわち、例えば、スリップ量が同じ駆動スリップ発生時、低μ路走行時においては制御ゲインが高い値とされ、高μ路走行時においては制御ゲインが低い値とされるというように、モータトルクダウン制御量は低μ路であるほど大きな量となる。したがって、例えば、低μ路走行時にスリップが発生すると、大きなモータトルクダウン制御量により応答良くスリップが収束するという作用を示し、モータの過回転が抑えられる。一方、高μ路走行にスリップが発生すると、小さなモータトルクダウン制御量により緩やかであるが確実に駆動輪速度が低下してグリップが回復するという作用を示し、収束後はドライバによるアクセル急踏み込み操作等が無い限り再スリップの発生が抑えられる。この結果、路面摩擦係数の高低にかかわらず、部品保護と前後Ｇハンチング防止との両立を達成することができる。

以下、本発明の車両のモータトラクション制御装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例３に基づいて説明する。

まず、ハイブリッド車の駆動系構成を説明する。
図１は実施例１のモータトラクション制御装置が適用されたハイブリッド車の駆動系を示す全体システム図である。実施例１におけるハイブリッド車の駆動系は、図１に示すように、エンジンＥと、第１モータジェネレータMG1と、第２モータジェネレータMG2（モータ）と、出力スプロケットOS、動力分割機構TMと、を有する。

前記エンジンＥは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、後述するエンジンコントローラ１からの制御指令に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度等が制御される。

前記第１モータジェネレータMG1と第２モータジェネレータMG2は、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、後述するモータコントローラ２からの制御指令に基づいて、パワーコントロールユニット３により作り出された三相交流を印加することによりそれぞれ独立に制御される。
前記両モータジェネレータMG1,MG2は、バッテリ４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この状態を「力行」と呼ぶ）、ロータが外力により回転している場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ４を充電することもできる（以下、この状態を回生と呼ぶ）。

前記動力分割機構TMは、サンギヤSと、ピニオンPと、リングギヤRと、ピニオンキャリアPCと、を有する単純遊星歯車により構成されている。そして、単純遊星歯車の３つの回転要素（サンギヤS、リングギヤR、ピニオンキャリアPC）に対する入出力部材の連結関係について説明する。前記サンギヤSには、第１モータジェネレータMG1が連結されている。前記リングギヤRには、第２モータジェネレータMG2と出力スプロケットOSとが連結されている。前記ピニオンキャリアPCには、エンジンダンパEDを介してエンジンＥが連結されている。なお、前記出力スプロケットOSは、チェーンベルトCBや図外のディファレンシャルやドライブシャフトを介して左右前輪に連結されている。

上記連結関係により、図４に示す共線図上において、第１モータジェネレータMG1（サンギヤS）、エンジンＥ（プラネットキャリアPC）、第２モータジェネレータMG2及び出力スプロケットOS（リングギヤR）の順に配列され、単純遊星歯車の動的な動作を簡易的に表せる剛体レバーモデル（３つの回転数が必ず直線で結ばれる関係）を導入することができる。
ここで、「共線図」とは、差動歯車のギヤ比を考える場合、式により求める方法に代え、より簡単で分かりやすい作図により求める方法で用いられる速度線図であり、縦軸に各回転要素の回転数（回転速度）をとり、横軸に各回転要素をとり、各回転要素の間隔をサンギヤSとリングギヤRの歯数比λに基づく共線図レバー比（１：λ）になるように配置したものである。

次に、ハイブリッド車の制御系を説明する。
実施例１におけるハイブリッド車の制御系は、図１に示すように、エンジンコントローラ１と、モータコントローラ２と、パワーコントロールユニット３と、バッテリ４（二次電池）と、ブレーキコントローラ５と、統合コントローラ６と、を有して構成されている。

前記統合コントローラ６には、アクセル開度センサ７と、車速センサ８と、エンジン回転数センサ９と、第１モータジェネレータ回転数センサ１０と、第２モータジェネレータ回転数センサ１１と、から入力情報がもたらされる。なお、車速センサ８と第２モータジェネレータ回転数センサ１１は、同じ動力分割機構TMの出力回転数を検出するもであるため、車速センサ８を省略し、第２モータジェネレータ回転数センサ１１からのセンサ信号を車速信号として用いても良い。

前記ブレーキコントローラ５には、前左車輪速センサ１２と、前右車輪速センサ１３と、後左車輪速センサ１４と、後右車輪速センサ１５と、操舵角センサ１６（操舵角検出手段）と、マスタシリンダ圧センサ１７と、ブレーキストロークセンサ１８と、から入力情報がもたらされる。

前記エンジンコントローラ１は、アクセル開度センサ７からのアクセル開度APとエンジン回転数センサ９からのエンジン回転数Neを入力する統合コントローラ６からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（Ne,Te）を制御する指令を、例えば、図外のスロットルバルブアクチュエータへ出力する。

前記モータコントローラ２は、レゾルバによる両モータジェネレータ回転数センサ１０，１１からのモータジェネレータ回転数N1,N2を入力する統合コントローラ６からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、第１モータジェネレータMG1のモータ動作点（N1,T1）と、第２モータジェネレータMG2のモータ動作点（N2,T2）と、をそれぞれ独立に制御する指令をパワーコントロールユニット３へ出力する。なお、このモータコントローラ２は、バッテリ４の充電状態をあらわすバッテリS.O.Cの情報を用いる。

前記パワーコントロールユニット３は、より少ない電流で両モータジェネレータMG1,MG2への電力供給が可能な電源系高電圧システムを構成するもので、図５に示すように、ジョイントボックス３ａと、昇圧コンバータ３ｂと、駆動モータ用インバータ３ｃと、発電ジェネレータ用インバータ３ｄと、コンデンサ３ｅと、を有する。前記第２モータジェネレータMG2のステータコイルには、駆動モータ用インバータ３ｃが接続される。前記第１モータジェネレータMG1のステータコイルには、発電ジェネレータ用インバータ３ｄが接続される。また、前記ジョイントボックス３ａには、力行時に放電し回生時に充電するバッテリ４が接続される。

前記ブレーキコントローラ５は、低μ路制動時や急制動時等において、４輪のブレーキ液圧を独立に制御するブレーキ液圧ユニット１９への制御指令によりＡＢＳ制御を行い、また、エンジンブレーキやフットブレーキによる制動時、統合コントローラ６への制御指令とブレーキ液圧ユニット１９への制御指令を出すことで回生ブレーキ協調制御を行う。このブレーキコントローラ５には、各車輪速センサ１２，１３，１４，１５からの車輪速情報や、操舵角センサ１６からの操舵角情報や、マスタシリンダ圧センサ１７やブレーキストロークセンサ１８からの制動操作量情報が入力される。そして、これらの入力情報に基づいて、所定の演算処理を実行し、その処理結果による制御指令を統合コントローラ６とブレーキ液圧ユニット１９へ出力する。なお、前記ブレーキ液圧ユニット１９には、前左車輪ホイールシリンダ２０と、前右車輪ホイールシリンダ２１と、後左車輪ホイールシリンダ２２と、後右車輪ホイールシリンダ２３と、が接続されている。

前記統合コントローラ６は、車両全体の消費エネルギを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、加速走行時等において、エンジンコントローラ１への制御指令によりエンジン動作点制御を行い、また、停止時や走行時や制動時等において、モータコントローラ２への制御指令によりモータジェネレータ動作点制御を行う。この統合コントローラ６には、各センサ７，８，９，１０，１１からのアクセル開度APと車速VSPとエンジン回転数Neと第１モータジェネレータ回転数N1と第２モータジェネレータ回転数N2とが入力される。そして、これらの入力情報に基づいて、所定の演算処理を実行し、その処理結果による制御指令をエンジンコントローラ１とモータコントローラ２へ出力する。なお、統合コントローラ６とエンジンコントローラ１、統合コントローラ６とモータコントローラ２、統合コントローラ６とブレーキコントローラ５は、情報交換のためにそれぞれ双方向通信線２４，２５，２６により接続されている。

次に、駆動力性能について説明する。
実施例１のハイブリッド車の駆動力は、図２(b)に示すように、エンジン直接駆動力（エンジン総駆動力から発電機駆動分を差し引いた駆動力）とモータ駆動力（両モータジェネレータMG1,MG2の総和による駆動力）との合計で示される。その最大駆動力の構成は、図２(a)に示すように、低い車速ほどモータ駆動力が多くを占める。このように、変速機を持たず、エンジンＥの直接駆動力と電気変換したモータ駆動力を加えて走行させることから、低速から高速まで、定常運転のパワーの少ない状態からアクセルペダル全開のフルパワーまで、ドライバの要求に対しシームレスに応答良く駆動力をコントロールすることができる（トルク・オン・デマンド）。
そして、実施例１のハイブリッド車では、動力分割機構TMを介し、エンジンＥと両モータジェネレータMG1,MG2と左右前輪の車輪とがクラッチ無しで繋がっている。また、上記のように、エンジンパワーの大部分を発電機で電気エネルギに変換し、高出力かつ高応答のモータで車両を走らせている。このため、例えば、アイスバーン等の滑りやすい路面での走行時において、車輪のスリップやブレーキ時の車輪のロック等で車両の駆動力が急変する場合、過剰電流からのパワーコントロールユニット３の保護、あるいは、動力分割機構TMのピニオン過回転からの部品保護を行う必要がある。これに対し、高出力・高応答のモータ特性を活かし、部品保護の機能から発展させて、車輪のスリップを瞬時に検出し、そのグリップを回復させ、車両を安全に走らせるためのモータトラクション制御を採用している。

次に、制動力性能について説明する。
実施例１のハイブリッド車では、エンジンブレーキやフットブレーキによる制動時には、モータとして作動している第２モータジェネレータMG2を、ジェネレータ（発電機）として作動させることにより、車両の運動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ４に回収し、再利用する回生ブレーキシステムを採用している。
この回生ブレーキシステムでの一般的な回生ブレーキ協調制御は、図３(a)に示すように、ブレーキペダル踏み込み量に対し要求制動力を算出し、要求制動力に大きさにかかわらず、算出された要求制動力を回生分と油圧分とで分担することで行われる。
これに対し、実施例１のハイブリッド車で採用している回生ブレーキ協調制御は、図３(b)に示すように、ブレーキペダル踏み込み量に対し要求制動力を算出し、算出された要求制動力に対し回生ブレーキを優先し、回生分で賄える限りは油圧分を用いることなく、最大限まで回生分の領域を拡大している。これにより、特に加減速を繰り返す走行パターンにおいて、エネルギ回収効率が高く、より低い車速まで回生制動によるエネルギの回収を実現している。

次に、車両モードについて説明する。
実施例１のハイブリッド車での車両モードとしては、図４の共線図に示すように、「停車モード」、「発進モード」、「エンジン始動モード」、「定常走行モード」、「加速モード」を有する。
「停車モード」では、図４(1)に示すように、エンジンＥと発電機MG1とモータMG2は止まっている。「発進モード」では、図４(2)に示すように、モータMG2鑿の駆動で発進する。「エンジン始動モード」では、図４(3)に示すように、エンジンスタータとしての機能を持つ発電機MG1によって、サンギヤSが回ってエンジンＥを始動する。「定常走行モード」では、図４(4)に示すように、主にエンジンＥにて走行し、効率を高めるために発電を最小にする。「加速モード」では、図４(5)に示すように、エンジンＥの回転数を上げると共に、発電機MG1による発電を開始し、その電力とバッテリ４の電力を使ってモータMG2の駆動力を加え、加速する。
なお、後退走行は、図４(4)に示す「定常走行モード」において、エンジンＥの回転数上昇を抑えたままで、発電機MG1の回転数を上げると、モータMG2の回転数が負側に移行し、後退走行を達成することができる。

始動時は、イグニッションキーを回すとエンジンＥが始動し、エンジンＥを暖機した後、直ぐにエンジンＥは停止する。発進時や軽負荷時は、発進時やごく低速で走行する緩やかな坂を下るときなどは、エンジン効率の悪い領域は燃料をカットし、エンジンは停止してモータMG2により走行する。通常走行時は、エンジンＥの駆動力は、動力分割機構TMにより一方は車輪を直接駆動し、他方は発電機MG1を駆動し、モータMG2をアシストする。全開加速時は、バッテリ４からパワーが供給され、さらに、駆動力を追加する。減速時や制動時には、車輪がモータMG2を駆動し、発電機として作用することで回生発電を行う。回収した電気エネルギはバッテリ４に蓄えられる。バッテリ４の充電量が少なくなると、発電機MG1をエンジンＥにより駆動し、充電を開始する。車両停止時には、エアコン使用時やバッテリ充電時等を除き、エンジンＥを自動的に停止する。

次に、実施例１のモータトラクション制御装置について説明する。
図６は前記統合コントローラ６内に制御プログラムとして組み込まれた実施例１のモータトラクション制御装置を示すブロック図である（モータトラクション制御手段）。
実施例１のモータトラクション制御装置は、図６に示すように、要求モータトルク算出ブロック６０と、路面μ推定ブロック６１（路面摩擦係数相当値推定手段）と、制御ゲイン設定ブロック６２と、角加速度算出ブロック６３と、角加速度量算出ブロック６４と、角加速度スリップ量算出ブロック６５と、角加速度スリップ量積算値算出ブロック６６と、加算器６７と、制限トルク算出ブロック６８と、モータトルク選択ブロック６９と、を備えている。

このモータトラクション制御装置は、モータトラクション制御の制御ゲインαを推定した路面摩擦係数μが低摩擦係数を示すときは高い値に設定し高摩擦係数を示すほど低い値に設定し、設定した制御ゲインαと角加速度ω’（スリップ量）を乗算した値に基づきモータトルクダウン制御量を算出する。つまり、制御ゲインαを乗算するスリップ量を、前記第２モータジェネレータMG2が連結された駆動車輪の角加速度ω’としている。より詳しくは、制御ゲインαと車輪の角加速度ω’を乗算値と、角加速度ω’と角加速度スリップ判断閾値ω’slipとの差をスリップ継続中において積算した値δと、の和（δ＋αω’）に基づき、最大モータトルクを制限する制限トルクTMlimを演算し、スリップ発生時、要求モータトルクTMdrvから制限トルクTMlimを差し引いた値をモータトルクダウン制御量としている。

次に、作用を説明する。
［モータトラクション制御処理］
図７は実施例１の統合コントローラ６にて実行されるモータトラクション制御処理の流れを示すフローチャートで、以下、各ステップについて説明する。

ステップＳ１では、要求モータトルク算出ブロック６０において、要求駆動トルクf(AP,ω)からエンジン分担トルクTeを差し引いた要求モータトルクTMdrvを算出し、ステップＳ２へ移行する。
なお、第２モータジェネレータMG2のみを駆動源とする走行時には、エンジン分担トルクTeはゼロとなり、また、第２モータジェネレータMG2とエンジンＥとを駆動源とする走行時には、エンジン分担トルクTeはエンジン直接駆動力（図２参照）となる。

ステップＳ２では、路面μ推定ブロック６１において、図８および後述する路面摩擦係数μの推定手法（各車輪の車輪速VW1〜VW4および単位荷重当たりの制駆動力F1〜F4を求め、これらの車輪速VW1〜VW4および単位荷重当たりの制駆動力F1〜F4の組み合わせを表す車輪毎の点を、２次元座標上に表記し、これらの点を代表する直線を求め、その勾配に基づき路面摩擦係数μを推定する。）により、路面摩擦係数μを推定し、ステップＳ３へ移行する。

ステップＳ３では、制御ゲイン設定ブロック６２において、路面摩擦係数μの推定情報に基づき、モータトラクション制御の制御ゲインαを算出し、ステップＳ４へ移行する。
制御ゲインαは、図９に示すように、路面摩擦係数μの推定情報が低摩擦係数を示すときは高い値に設定し、高摩擦係数を示すほど低い値に設定する。

ステップＳ４では、角加速度算出ブロック６３および角加速度量算出ブロック６４において、制御ゲインαと角加速度ω’（＝dω/dt）とを掛け合わせることで角加速度量α・ω’を算出し、ステップＳ５へ移行する。

ステップＳ５では、角加速度ω’が角加速度スリップ判定閾値ω’slipを超えている場合にスリップ発生と判断し、スリップ発生時はステップＳ６へ移行し、スリップ収束時はステップＳ７へ移行する。

ステップＳ６では、ステップＳ６においてスリップ発生中であるとの判断に基づき、角加速度スリップ量算出ブロック６５および角加速度スリップ量積算値算出ブロック６６において、角加速度スリップ量（ω’−ω’slip）の時間積分値である角加速度スリップ量積算値δを算出し、ステップＳ８へ移行する。

ステップＳ７では、ステップＳ６においてスリップ収束であるとの判断に基づき、角加速度スリップ量積算値算出ブロック６６において、角加速度スリップ量積算値δをリセット（δ＝０）し、ステップＳ８へ移行する。

ステップＳ８では、加算器６７および制限トルク算出ブロック６８において、角加速度量α・ω’と角加速度スリップ量積算値δとの和（δ＋α・ω’）に基づき、図１０に示すように、和（δ＋α・ω’）の値が大きくなるほど値が小さくなる制限トルクTMlimを算出し、ステップＳ９へ移行する。

ステップＳ９では、モータトルク選択ブロック６９において、ステップＳ１で算出された要求モータトルクTMdrvと、ステップＳ８で算出された制限トルクTMlimのうち、セレクトローにより一方のトルクを選択し、ステップＳ１０へ移行する。
つまり、図１０に示すように、セレクトローにより制限トルクTMlimが選択されるスリップ時には、要求モータトルクTMdrvと制限トルクTMlimとの差がモータトルクダウン量となる。

ステップＳ１０では、ステップＳ９にて選択したトルク値を目標モータトルク指令としてモータコントローラ２へ出力し、リターンへ移行する。

［路面μの推定について］
上記図７のステップＳ２における（路面μ推定ブロック６１）路面μの推定は、以下の方法で行う。
車輪スリップ率Ｓに対する路面摩擦係数μ（換言すれば、車輪の制駆動力）の変化特性は、高μ路では、例えば、図８(a)に実線で示すようになり、低μ路では、図８(a)に１点鎖線で示すようになることが知られている。何れの場合も、路面摩擦係数の最高値μmaxは異なるが、ほぼ同じような傾向を持った特性を呈する。上記の関係は、車輪スリップ率Ｓが図８(a)に示すように加速時におけるＳ≦Ｓoの領域だけでなく、制動時におけるＳ≧−Ｓoの領域においても、同様に成立することは周知の事実である。

そして、車輪スリップ率Ｓに対する路面摩擦係数μの変化特性がほぼ線形とみなせる車輪スリップ率Ｓo以下の領域の領域においては、車輪速と単位荷重当たりの制駆動力とで表記される図８(b)の２次元座標上に各車輪１〜４の車輪速VW1〜VW4と、単位荷重当たりの制駆動力F1〜F4との組み合わせを車輪毎にプロットすると、該プロットにより発生した４点は、図８(b)に実線で示すように、ほぼ同じ直線上の位置に配置される。そして、当該直線と上記２次元座標の車輪速(VW)軸とが交差する点における車輪速値が車体速Vxそのものであり、また、車輪速(VW)軸に対する上記直線の勾配が、図８(a)の横軸（車輪スリップ率Ｓ）に対する路面摩擦係数μの立ち上がり勾配に対応した車両のドライビングスティフネスｋである。

ここで、図８(a)に示す実線特性および１点鎖線特性の比較から明らかなように、ドライビングスティフネスｋと、路面摩擦係数の最高値μmaxとの間には、例えば、図８(c)に例示するような関係が成立し、そして、最高摩擦係数μmaxが路面の絶対的な滑り難さ（本明細書では、この絶対的な滑り難さも一般的な呼称であることから、路面摩擦係数μと称する。）を表すことから、図８(b)の車輪速(VW)軸に対する上記直線の勾配（ドライビングスティフネスｋ）から、路面の絶対的な滑り難さである路面摩擦係数μを推定することができる。

よって、実施例１においては、大きくスリップしておらず、前記線形領域にある車輪に関して、各車輪の車輪速VW1〜VW4および単位荷重当たりの制駆動力F1〜F4を求めると共に、これらの車輪速VW1〜VW4および単位荷重当たりの制駆動力F1〜F4の組み合わせを表す車輪毎の点を、図８(b)のごとき２次元座標上に表記し、これらの点を代表する直線を求め、上記の要領で車体速Vxおよび路面摩擦係数μを推定する。
［トラクション制御の背景技術について］
特開平６−２２９２６４号公報や特開平５−３１２０６１号公報等を含め、駆動輪に駆動スリップが発生したとき、当該駆動輪へ付与する駆動トルクを駆動スリップ状態に応じて調整するトルク低減制御を実施する車両用トラクション制御装置は、多数発表されている。

その車両用トラクション制御装置が、エンジンの駆動トルクを制御する方式を採用したものである場合、車両の低速走行時、特に発進時において以下の点が問題になることがある。
発進時には運転者が過度なアクセル操作を行った場合に生じる駆動スリップを低く抑えるためには、できるだけ早期にトラクション制御を開始することが望ましく、そのためにはスリップ基準値（スリップ目標値またはスリップ閾値、以下同様）を低い値に設定して、できるだけ早期に当該駆動スリップを検出する必要があり、特に、低車速時においては、エンジンやトランスミッション等の作動遅れ時間が大きいため、早期の駆動スリップの検出が駆動スリップを抑制する上で有効である。
しかし、低車速時にスリップ基準値を低く設定すると、駆動トルクを低下させすぎて、場合によってはエンジン回転数が極めて低くなってエンジン振動が大きくなる結果、運転フィーリングが良好にならず、さらに、エンジン回転数が低下し過ぎた場合、エンジンがストールしてしまう（エンストする）おそれがある。その結果、スリップ初期のスリップ基準値は高い値に設定する必要がある。

しかし、スリップ初期のスリップ基準値は高い値に設定すると、氷結路での転舵発進においては、ＦＦ車ではアンダーステアリングが発生し、ＦＲ車ではオーバーステアリングが発生するし、さらに、二次電池と駆動モータを用いた電気自動車等で、本制御を用いた場合には、発電機での発電が追いつかず、結果的に二次電池からの電力量の持ち出し量が多くなってしまい、大電流が発生するおそれがある。

上記問題を解決するため、特開昭６０−１０４４２８号公報、特開昭６２−２６５４３０号公報等が提案されており、これらには、車両の速度（車体速）が低いときに、スリップ基準値を高めに変更し、より多くの駆動スリップを許容するようにスリップ判定レベルを変更（よりスリップする判定方向）する技術が開示されている。
また、特開平５−３１２０６１号公報のように、駆動トルク調整手段による駆動トルク調整の開始以降に、スリップ基準値を当初設定した値より高い値に変更することで、運転フィーリング向上やエンジンストールを防止する技術が開示されている。しかし、これらの従来技術では、電力や電流について考慮されているわけではない。

一方、特開平１０−３０４５１４号公報には、スリップ率ではなく、スリップ初期に応答性を向上させる技術（角加速度制御）が開示されている。この手法は、主にハイブリッド車や電気自動車や燃料電池車等のように、駆動力を発生させるユニットとしてモータを用いた車両に適用されるケースが多い。

この技術の基本は、駆動輪の回転角速度の変化率（角加速度）が所定値以上のときに駆動スリップが発生すると予測し、モータトルクを低下させる構成となっている。この構成とすることにより、モータトルクの増加に伴って生じる駆動スリップを防止することができる。

ここで、駆動力を発生させるユニットとしてモータを用いたハイブリッド車において、駆動スリップの発生初期に高応答性にてスリップを抑制する「角加速度制御」が必要な理由について説明する。
仮にモータトラクション制御装置が無くて駆動スリップした場合には、エンジンの発電が追いつかず、モータはバッテリからどんどん電流を持ち出す。よって、モータ駆動回路に過電流が発生し、回路上の素子等にダメージを与えることになる。例えば、実施例１のパワーコントロールユニット３において、図５の矢印に示すように、コンデンサ３ｅを介して過電流が流れると、ジョイントボックス３ａのヒューズや昇圧コンバータ３ｂのスイッチング回路がダメージを受けてしまう場合がある。しかも、ハイブリッド車や燃料電池車では、二次電池に対してモータ出力（モータ出力比）が大きければ大きいほど過電流が流れやすい。また、二次電池に対してエンジン、燃料電池の出力（エンジン出力比）が大きければ大きいほど過電圧、過電流が流れやすい。という関係がある。
したがって、確実に部品保護を図るためには、滑ったらトルク制限をかけるという「角加速度制御」により駆動スリップを応答良く収束させるモータトラクション制御が必要となる。

しかしながら、従来の「角加速度制御」にあっては、駆動スリップが生じやすい低μ路における部品保護を優先し、駆動スリップの発生が予測されると高制御ゲイン（固定値）により大きなモータトルクダウン制御量を与える構成としていた。このため、例えば、図１１に示す(1)の時点において駆動スリップの発生により駆動輪車輪速が増大すると、モータトルクが低減し、モータトルクの低減に伴って駆動輪車輪速も低下する。この駆動輪車輪速の低下は、図１１(b)の目標制御範囲（最適スリップ量範囲）にある(2)の時点を経過し、さらに車体速レベルの(3)の時点まで低下する。そして、(3)の時点以降において車体速レベルを推移することでモータトルクの増加が許容されると、駆動輪車輪速は(4)の時点から(5)の時点へと再び増大する再スリップ状況となり、スリップ発生とスリップ収束の動作が、(5)の時点以降においても繰り返される。

つまり、「角加速度制御」の場合、過電流は防止できるものの、図１１(b)に示すように、コーナリングパワーの高い目標制御範囲に対し実制御範囲がコーナリングパワーの低い(3)の領域まで拡大しているため、車輪のポテンシャルを最大限まで使い切れていないく、図１２に示すように、駆動トルクの出力低下が大きくて駆動輪車輪速が車両速度に張り付くような場合、もたつきによる加速不良（スタンブル）が発生してしまうという問題がある。

また、「角加速度制御」の場合、図１１および図１２に示すように、駆動車輪においてスリップ発生（スリップ量大）とスリップ収束（スリップ量小）とが繰り返され車輪速回転が変動すると、その反力により車両前後Ｇが変動する前後Ｇハンチングが発生してしまうという問題がある。

［モータトラクション制御作用］
実施例１のハイブリッド車のモータトラクション制御装置では下記の点に着目した。
フリクションサークルが小さい低μ路では、僅かなアクセル踏み込み量で駆動スリップが発生するというように、駆動輪の車輪から路面への伝達トルクそのものが小さいことで、スリップ発生と収束とが繰り返され車輪速回転が変動しても、前後Ｇハンチングはドライバを含めた乗員が違和感を持たない程度に小さい。
これに対し、フリクションサークルが大きい高μ路では、強いアクセル踏み込み量で駆動スリップが発生するというように、駆動輪の車輪から路面への伝達トルクの変動幅が大きくなり、スリップ発生と収束とが繰り返され車輪速回転が変動したら、前後Ｇハンチングはドライバを含めた乗員が違和感を持つ程度に大きく発生して問題となる。

そこで、モータトラクション制御の制御ゲインを固定値で与える場合、大きな値に設定すると、従来の「角加速度制御」のように、部品保護を達成することができるものの、高μ路において前後Ｇハンチングが問題となる。また、モータトラクション制御の制御ゲインを固定値で与える場合、小さい値に設定すると、前後Ｇハンチングを防止することができるものの、駆動スリップが発生しやすい低μ路において、トルクダウンの応答遅れにより部品保護を達成することができない。すなわち、「部品保護」と「前後Ｇハンチング防止」とは、一方が成立すれば、他方が成立しないという、トレードオフの関係にある。

上記の点に着目し、実施例１では、モータトラクション制御の制御ゲインαを路面摩擦係数μに応じて設定し、設定した制御ゲインαと角加速度ω’を乗算した値に基づきモータトルクダウン制御量を算出することで、路面摩擦係数μの高低にかかわらず、部品保護と前後Ｇハンチング防止との両立を達成するようにした。

すなわち、駆動スリップが発生すると、図７のフローチャートにおいて、ステップＳ１→ステップＳ２→ステップＳ３→ステップＳ４→ステップＳ５→ステップＳ６→ステップＳ８→ステップＳ９→ステップＳ１０へと進む流れとなる。

つまり、ステップＳ３では、ステップＳ２にて推定された路面μに応じて制御ゲインαが算出される。この制御ゲインαは、図９に示すように、氷雪路等の極低μ路で最も高い値であり、雨路や乾燥路というように、路面μが高くなるにしたがって徐々に低い値とされる。
例えば、同じ角加速度ω’で同じ角加速度スリップ量積算値δの駆動スリップ発生時、低μ路走行時においては制御ゲインαが高い値とされ、高μ路走行時においては制御ゲインαが低い値とされるというように、モータトルクダウン制御量は、図１０に示すように、低μ路であるほど大きな量となる。

したがって、例えば、低μ路走行時に駆動スリップが発生すると、大きなモータトルクダウン制御量により応答良く駆動スリップが収束するという作用を示し、第２モータジェネレータMG2の過回転が抑えられ、部品保護機能が達成される。なお、前後Ｇハンチングに関しては、制御ハンチングにより駆動輪速の変動は発生するものの、上記のように、低μ路の場合、駆動輪の車輪から路面への伝達トルクそのものが小さいことで、路面反力による前後Ｇハンチングは問題とはならない。

一方、高μ路走行に駆動スリップが発生すると、小さなモータトルクダウン制御量により緩やかであるが確実に駆動輪速度が低下してグリップが回復するという作用を示し、図１３の駆動輪速特性に示すように、最初の駆動スリップが収束した後は従動輪速に沿ってなだらかに変動する特性を示す。そして、ドライバによるアクセル急踏み込み操作等が無い限り再スリップの発生が抑えられる。つまり、高μ路走行時には、車輪のグリップ性能を活かした駆動スリップの収束により部品保護を達成しつつ、制御がオーバーシュートするような強い勾配を抑え、車輪グリップの回復をうまくコントロールすることで、前後Ｇハンチングの原因となる制御ハンチングそのものを防止することができる。

次に、効果を説明する。
実施例１の車両のモータトラクション制御装置にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 車輪を駆動する動力源に装備された少なくとも１つのモータと、車輪の駆動スリップを検出し、モータトルクダウン制御により車輪のグリップを回復させるモータトラクション制御手段と、を備えた車両のモータトラクション制御装置において、路面摩擦係数相当値を推定する路面摩擦係数相当値推定手段を設け、前記モータトラクション制御手段は、モータトラクション制御の制御ゲインを前記路面摩擦係数相当値が低摩擦係数を示すときは高い値に設定し高摩擦係数を示すほど低い値に設定し、設定した制御ゲインとスリップ量を乗算した値に基づきモータトルクダウン制御量を算出するため、路面摩擦係数μの高低にかかわらず、部品保護と前後Ｇハンチング防止との両立を達成することができる。

(2) 前記モータトラクション制御手段は、制御ゲインαを乗算するスリップ量を、前記第２モータジェネレータMG2が連結された駆動車輪の角加速度ω’としたため、駆動スリップの発生予測により確実に部品保護を達成することができる。

(3) 前記モータトラクション制御手段は、制御ゲインαと車輪の角加速度ω’を乗算値と、角加速度ω’と角加速度スリップ判断閾値ω’slipとの差をスリップ継続中において積算した値δと、の和（δ＋αω’）に基づき、最大モータトルクを制限する制限トルクTMlimを演算し、スリップ発生時、要求モータトルクTMdrvから制限トルクTMlimを差し引いた値をモータトルクダウン制御量としたため、低μ路等で駆動スリップが収束することなく継続するとき、徐々にモータトルクダウン制御量を増大して駆動スリップの早期収束を促すことができる。

(4) 前記路面摩擦係数相当値推定手段は、各車輪の車輪速VW1〜VW4および単位荷重当たりの制駆動力F1〜F4を求め、これらの車輪速VW1〜VW4および単位荷重当たりの制駆動力F1〜F4の組み合わせを表す車輪毎の点を、２次元座標上に表記し、これらの点を代表する直線を求め、その勾配に基づき路面摩擦係数μを推定するため、モータトラクション制御で用いる路面摩擦係数情報として、高精度な路面摩擦係数情報を得ることができる。

実施例２は、スリップ中の制限されたモータトルク出力値を路面摩擦係数相当値とする例である。なお、実施例２の構成は、実施例１と同様であるので、図示並びに説明を省略する。

作用を説明すると、図１４は実施例２の統合コントローラ６にて実行されるモータトラクション制御処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ２２では、路面μ推定ブロック６１において、スリップ中の制限されたモータトルク出力値（＝現在トルク）を取得し、ステップＳ２３へ移行する。

ステップＳ２３では、制御ゲイン設定ブロック６２において、現在トルクに基づき、モータトラクション制御の制御ゲインαを算出し、ステップＳ２４へ移行する。
制御ゲインαは、図１５に示すように、現在トルクを路面摩擦係数相当値とし、現在トルクが高い値を示すときは低い値に設定し、現在トルクが低い値を示すほど高い値に設定する。なお、ステップＳ２１，ステップＳ２４〜ステップＳ３０は、図７のステップＳ１，ステップＳ４〜ステップＳ１０とそれぞれ同一の処理を行うステップであるため、説明を省略する。

この実施例２において、現在トルクを路面摩擦係数相当値とする理由を説明する。車輪の前後力と横力の許容限界を示すフリクションサークルで検討すると、低μ路であるほどフリクションサークルが小さく、フリクションサークルを超えるトルクが駆動輪に加わると許容限界を超えてスリップを生じる。言い換えると、低μ路であるほど駆動スリップ時に許容するトルクは小さいものとなる。したがって、スリップ制御中の現在トルク（＝スリップ限界領域のトルク）が小さいほど、路面摩擦係数が低μであると推定することができるし、逆に、スリップ制御中の現在トルクが大きいほど、路面摩擦係数が高μであると推定することができる。なお、他の作用は実施例１と同様であるので説明を省略する。

次に、効果を説明する。
実施例２の車両のモータトラクション制御装置にあっては、実施例１の(1),(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(5) 前記路面摩擦係数相当値推定手段は、スリップ中の制限されたモータトルク出力値である現在トルクを路面摩擦係数相当値とするため、現在トルクを取得するだけの簡単に方法により、モータトラクション制御で用いるのに精度の良い路面摩擦係数情報を得ることができる。

実施例３は、スリップ開始時のモータトルク出力値を路面摩擦係数相当値とする例である。

作用を説明すると、図１６は実施例３の統合コントローラ６にて実行されるモータトラクション制御処理の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ３２では、路面μ推定ブロック６１において、スリップ開始時のモータトルクを取得し、ステップＳ３３へ移行する。

ステップＳ３３では、制御ゲイン設定ブロック６２において、スリップ開始時のモータトルクに基づき、モータトラクション制御の制御ゲインαを算出し、ステップＳ３４へ移行する。
制御ゲインαは、図１７に示すように、スリップ開始時のモータトルクを路面摩擦係数相当値とし、スリップ開始時のモータトルクが高い値を示すときは低い値に設定し、スリップ開始時のモータトルクが低い値を示すほど高い値に設定する。なお、ステップＳ３１，ステップＳ３４〜ステップＳ４０は、図７のステップＳ１，ステップＳ４〜ステップＳ１０とそれぞれ同一の処理を行うステップであるため、説明を省略する。

この実施例３において、スリップ開始時のモータトルクを路面摩擦係数相当値とする理由を説明する。上記実施例２と同様に、車輪の前後力と横力の許容限界を示すフリクションサークルで検討することができ、スリップ開始時のモータトルク（＝スリップ限界領域のトルク）が小さいほど、路面摩擦係数が低μであると推定することができるし、逆に、スリップ開始時のモータトルクが大きいほど、路面摩擦係数が高μであると推定することができる。加えて、スリップ開始時のモータトルクを路面摩擦係数相当値とすることで、スリップ開始時点から応答良く路面摩擦係数を推定するという、部品保護を重要課題とするモータトラクション制御に特有の要求性能をも満足することができる。

次に、効果を説明する。
実施例３の車両のモータトラクション制御装置にあっては、実施例１の(1),(2),(3)の効果に加え、下記の効果を得ることができる。

(6) 前記路面摩擦係数相当値推定手段は、スリップ開始時のモータトルク出力値を路面摩擦係数相当値とするため、スリップ開始時のモータトルクを取得するだけの簡単に方法により、モータトラクション制御で初期駆動スリップの抑制を達成する応答の良い路面摩擦係数情報を得ることができる。

以上、本発明の車両のモータトラクション制御装置を実施例１〜実施例３に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１〜３では、路面摩擦係数相当値推定手段として、各車輪速および単位車輪荷重当たりの制駆動力の組み合わせを表す車輪毎の点を２次元座標上に表記し、これらの点を代表する直線を求めて路面摩擦係数を推定する手段、スリップ中の制限されたモータトルク出力値を路面摩擦係数相当値とする手段、スリップ開始時のモータトルク出力値を路面摩擦係数相当値とする手段の例を示したが、路面摩擦係数相当値を推定する手段であれば、実施例１〜３で示した以外の路面摩擦係数相当値推定手段を用いても良い。

実施例１〜３では、モータトラクション制御手段として、制御ゲインを乗算するスリップ量として、モータが連結された駆動車輪の角加速度とする例を示したが、前後輪回転速度偏差や駆動輪スリップ率や、これらの２つ以上を組み合わせた値等、他のスリップ量を用いても良い。要するに、設定した制御ゲインとの乗算に基づきモータトルクダウン制御量を算出するスリップ量であれば良い。

実施例１〜３では、１つのエンジンと２つのモータジェネレータと動力分割機構を備えたハイブリッド車への適用例を示したが、本発明のモータトラクション制御装置は、他のパワーユニット構造を備えたハイブリッド車や電気自動車や燃料電池車やモータ４ＷＤ車等、要するに、車輪を駆動する動力源に少なくとも１つのモータが装備された車両であれば適用することができる。

実施例１のモータトラクション制御装置が適用されたハイブリッド車を示す全体システム図である。 実施例１のモータトラクション制御装置が適用されたハイブリッド車における駆動力性能特性図と駆動力概念図である。 実施例１のモータトラクション制御装置が適用されたハイブリッド車における回生協調による制動力性能をあらわす対比特性図である。 実施例１のモータトラクション制御装置が適用されたハイブリッド車における各車両モードを示す共線図である。 実施例１のハイブリッド車のモータ駆動制御系（バッテリ・パワーコントロールユニット・第１モータジェネレータ・第２モータジェネレータ）を示すブロック図である。 実施例１の統合コントローラ内に制御プログラムとして組み込まれたモータトラクション制御装置を示すブロック図である。 実施例１の統合コントローラにて実行されるモータトラクション制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１の路面摩擦係数の推定方法を説明するための路面摩擦係数特性・単位車輪荷重当たりの制駆動力特性・最高摩擦係数特性を示す図である。 実施例１において推定した路面μに対する制御ゲイン特性図である。 実施例１において角加速度スリップ量積算値δと角加速度量αω’との和に応じて算出される制限トルク特性図である。 従来の角加速度制御での駆動輪車輪速特性とコーナリングパワー特性図である。 従来の角加速度に基づくモータトラクションコントロールを用いた場合のアクセル開度・車両速度・駆動輪車速の各特性を示すタイムチャートである。 実施例１でのモータトラクション制御での従動輪・駆動輪の各特性を示すタイムチャートである。 実施例２の統合コントローラにて実行されるモータトラクション制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例２において現在トルクに対する制御ゲイン特性図である。 実施例３の統合コントローラにて実行されるモータトラクション制御処理の流れを示すフローチャートである。 実施例３においてスリップ開始時のトルクに対する制御ゲイン特性図である。

符号の説明

Ｅ エンジン
MG1 第１モータジェネレータ
MG2 第２モータジェネレータ
OS 出力スプロケット
TM 動力分割機構
１ エンジンコントローラ
２ モータコントローラ
３ パワーコントロールユニット
４ バッテリ
５ ブレーキコントローラ
６ 統合コントローラ
６０ 要求モータトルク算出ブロック
６１ 路面μ推定ブロック（路面摩擦係数相当値推定手段）
６２ 制御ゲイン設定ブロック
６３ 角加速度算出ブロック
６４ 角加速度量算出ブロック
６５ 角加速度スリップ量算出ブロック
６６ 角加速度スリップ量積算値算出ブロック
６７ 加算器
６８ 制限トルク算出ブロック
６９ モータトルク選択ブロック
７ アクセル開度センサ
８ 車速センサ
９ エンジン回転数センサ
１０ 第１モータジェネレータ回転数センサ
１１ 第２モータジェネレータ回転数センサ
１２ 前左車輪速センサ
１３ 前右車輪速センサ
１４ 後左車輪速センサ
１５ 後右車輪速センサ
１６ 操舵角センサ
１７ マスタシリンダ圧センサ
１８ ブレーキストロークセンサ
１９ ブレーキ液圧ユニット
２０ 前左車輪ホイールシリンダ
２１ 前右車輪ホイールシリンダ
２２ 後左車輪ホイールシリンダ
２３ 後右車輪ホイールシリンダ

Claims (6)

1. 車輪を駆動する動力源に装備された少なくとも１つのモータと、車輪の駆動スリップを検出し、モータトルクダウン制御により車輪のグリップを回復させるモータトラクション制御手段と、を備えた車両のモータトラクション制御装置において、
   路面摩擦係数相当値を推定する路面摩擦係数相当値推定手段を設け、
   前記モータトラクション制御手段は、モータトラクション制御の制御ゲインを前記路面摩擦係数相当値が低摩擦係数を示すときは高い値に設定し高摩擦係数を示すほど低い値に設定し、設定した制御ゲインとスリップ量を乗算した値に基づきモータトルクダウン制御量を算出することを特徴とする車両のモータトラクション制御装置。
2. 請求項１に記載された車両のモータトラクション制御装置において、
   前記モータトラクション制御手段は、制御ゲインを乗算するスリップ量を、前記モータが連結された駆動車輪の角加速度としたことを特徴とする車両のモータトラクション制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された車両のモータトラクション制御装置において、
   前記モータトラクション制御手段は、制御ゲインと車輪の角加速度を乗算値と、角加速度と角加速度スリップ判断閾値との差をスリップ継続中において積算した値と、の和に基づき、最大モータトルクを制限する制限トルクを演算し、スリップ発生時、要求モータトルクから制限トルクを差し引いた値をモータトルクダウン制御量としたことを特徴とする車両のモータトラクション制御装置。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載された車両のモータトラクション制御装置において、
   前記路面摩擦係数相当値推定手段は、各車輪速および単位車輪荷重当たりの制駆動力の組み合わせを表す車輪毎の点を２次元座標上に表記し、これらの点を代表する直線を求めて路面摩擦係数を推定することを特徴とする車両のモータトラクション制御装置。
5. 請求項３に記載された車両のモータトラクション制御装置において、
   前記路面摩擦係数相当値推定手段は、スリップ中の制限されたモータトルク出力値を路面摩擦係数相当値とすることを特徴とする車両のモータトラクション制御装置。
6. 請求項３に記載された車両のモータトラクション制御装置において、
   前記路面摩擦係数相当値推定手段は、スリップ開始時のモータトルク出力値を路面摩擦係数相当値とすることを特徴とする車両のモータトラクション制御装置。

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