JP2008178216A

JP2008178216A - 自動車及び自動車の制御装置

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Publication number: JP2008178216A
Application number: JP2007009231A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Moriki; 秀一森木; Shinya Imura; 進也井村; Norikazu Matsuzaki; 則和松崎; Kohei Ito; 恒平伊藤; Shin Fujiwara; 慎藤原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-01-18
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-18
Also published as: EP2106955A1; WO2008087925A1; EP2106955A4; US20100114447A1; JP4413931B2

Abstract

【課題】圧雪路や氷結路などにおいても、スリップ率を適切に制御してその路面で発生し得る限界に近い駆動性能又は制動性能を得ることができる自動車及びその制御装置を提供する。
【解決手段】自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御する自動車の制御装置であって、車輪のスリップ率が、前記車輪と路面との摩擦力が最大となる値よりも小さい範囲にあり、且つ前記制御装置に対して前記駆動トルク又は制動トルクを増加させる指令が入力されている場合には、前記駆動トルク又は制動トルクを漸増させる第１の制御モードと、前記駆動トルク又は制動トルクを漸減させる第２の制御モードとを、スリップ状態に応じて選択して用いて前記駆動トルク又は制動トルクを制御する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、自動車及び自動車の制御装置に関し、特に、自動車の車輪の走行路面に対する空転を抑制する駆動トルク制御、制動トルク制御を行う自動車及び自動車の制御装置に関する。

自動車等の車両が加速する際、車輪に加えられた駆動トルクにより、車輪の外周速度が車体速度より高くなり、車輪と路面との間に滑りによる摩擦力が発生する。この摩擦力が駆動力となり、車両は加速する。減速時も同様に、車輪と路面との間の滑りによる摩擦力が制動力となり、車両は減速又は停止する。

車輪と路面との間の滑りの度合いを表す指標として、式（１）、（２）で定義されるスリップ率ＳＲがある。なお、式（１）が駆動時のスリップ率ＳＲであり、式（２）が制動時のスリップ率ＳＲである。

ＳＲ＝（ＶＷ −ＶＧ）／ＶＷ …（１）
ＳＲ＝（ＶＧ −ＶＷ）／ＶＧ …（２）
ここで、ＶＧは車体速度、ＶＷは車輪の外周速度である。

滑りによる摩擦力は車輪と路面の摩擦係数μに依存し、摩擦係数μはスリップ率ＳＲに応じて変化する。

図１１に示すように、スリップ率ＳＲが低い領域では、摩擦係数μはスリップ率ＳＲの増加とともに増加する。この領域では、駆動トルクあるいは制動トルクに応じた摩擦力を得ることができる。

しかし、摩擦係数μは、あるスリップ率ＳＲＰ（一般的に０．０５〜０．３０程度と言われている）で最大値をとり、これよりさらにスリップ率ＳＲが増加すると、摩擦係数μは減少する。このため、この領域では、駆動トルクあるいは制動トルクに応じた摩擦力を得ることができない。

このことから、駆動トルクあるいは制動トルクに応じた摩擦力を得るためには、摩擦係数が最大となるスリップ率ＳＲＰ以下にスリップ率ＳＲを抑えることが必要である。

自動車の制動力制御装置として、目標車輪速度として車輪と路面との間の摩擦係数が最大となるスリップ率における車輪速度を推定演算し、推定演算された車輪速度が目標車輪速度と一致するように制動力を制御するアンチロックブレーキ装置がある（例えば、特許文献１）。この制御装置では、目標車輪速度を微分することによって目標車輪加速度を演算し、車輪加速度と目標車輪加速度を比較することにより、制動力の制御モードの設定を行っている。

四輪駆動車の駆動力制御装置では、車体速推定手段を用いて推定車体速度を算出し、駆動輪のスリップ率を制御することが一般的である。そして、この種の駆動力制御装置として、前回の推定車体速度に限界加速度を加えた速度と、前回の推定車体速度から限界減速度を減じた速度と、四輪の車輪速度のうちの最大速度とを比較したとき、中間に位置するもの（中間値）を今回の推定車体速度とする駆動力制御装置がある（例えば、特許文献２）。

特許３３０４５７５号公報特開平１１−１８９１５０号公報

しかしながら、特許文献１に示されている制動力制御装置では、車輪速度が目標車輪速度よりも大きい場合には、車輪加速度に関係なく増圧モードに設定され、車輪加速度が減少してスリップ率が増加傾向を示しているにも拘わらず制動トルクを増加させるので、路面の摩擦係数のばらつきや制動力指令から実制動力発生までの遅れにより、スリップ率が、車輪と路面との間の摩擦係数μが最大となるスリップ率を超えてしまう可能性が高い。特に、圧雪路や氷結路などにおいて、スリップ率が、車輪と路面との間の摩擦係数μが最大となるスリップ率を超えると、雪や氷が溶けて車輪と路面との間の摩擦係数μが更に低下し、制動性能が悪化してしまう。

また、特許文献２に示されている駆動力制御装置では、四輪の車輪速度を基に車体速度を推定するので、四輪全てのスリップ率が徐々に増加していくと、車体速度の推定誤差が大きくなり、駆動輪のスリップ率を適正に制御することが困難になってしまう。

本発明は、前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、圧雪路又は氷結路などにおいても、スリップ率を適切に制御してその路面で発生し得る限界に近い駆動性能、制動性能を得ることができる自動車及びその制御装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明による自動車の制御装置は、自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御する自動車の制御装置であって、前記車輪のスリップ率が、前記車輪と路面との摩擦力が最大となる値よりも小さい範囲にあり、且つ前記制御装置に対して前記駆動トルク又は制動トルクを増加させる指令が入力されている場合には、前記駆動トルク又は制動トルクを漸増させる第１の制御モードと、前記駆動トルク又は制動トルクを漸減させる第２の制御モードとをスリップ状態に応じて選択して用いて前記駆動トルク又は制動トルクを制御することを特徴としている。

また、上記の目的を達成するために、本発明による自動車の制御装置は、自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御する自動車の制御装置であって、前記車輪のスリップ率が増大したことを判定するスリップ判定手段と、前記駆動トルク又は制動トルクを増加させる指令が入力されている場合には、前記駆動トルク又は制動トルクを漸増させる第１のトルク目標値を算出するトルク目標値算出手段と、前記トルク目標値算出手段により算出された前記第１のトルク目標値より所定値を差し引いた第２のトルク目標値を算出するトルク制限手段と、車輪加速度を計測又は推定する車輪加速度情報取得手段と、車体加速度を計測又は推定する車体加速度情報取得手段と、前記車輪加速度情報取得手段によって計測又は推定された車輪加速度が、前記車体加速度情報取得手段によって計測又は推定された車体加速度に所定の係数をかけて得られる車輪加速度目標値に一致するようにトルク制御を行う第３のトルク目標値を算出する加速度フィードバック制御手段とを有し、前記スリップ判定手段による判定結果と、前記第１のトルク目標値と前記第３のトルク目標値との大小関係に応じて前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値と前記第３のトルク目標値の何れか一つを選択して前記駆動トルク又は制動トルクを制御することを特徴としている。

また、上記の目的を達成するために、本発明による自動車の制御装置は、四輪で駆動又は制動する自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御する自動車の制御装置であって、車輪加速度を計測又は推定する車輪加速度情報取得手段と、車体加速度を計測又は推定する車体加速度情報取得手段と、前記車輪加速度情報取得手段によって計測又は推定された車輪加速度が、前記車体加速度情報取得手段によって計測又は推定された車体加速度に所定の係数をかけて得られる車輪加速度目標値に、一致するように、前記駆動トルク又は制動トルクを制御する加速度フィードバック制御手段とを有することを特徴としている。

本発明による自動車の制御装置は、好ましくは、アクセル開度、ブレーキペダル踏み込み量、舵角の少なくともいずれか一つに応じて前記車体加速度にかける前記係数を設定することを特徴としている。

本発明による自動車の制御装置は、好ましくは、少なくとも一つの前記車輪の速度を計測する車輪速センサと、少なくとも一つの前記車輪の駆動トルク又は制動トルクを計測又は推定する車輪トルク情報取得手段とを備え、前記車体加速度情報取得手段は、前記車輪速センサによって計測された車輪速と前記車輪トルク情報取得手段によって計測又は推定された駆動トルク又は制動トルクを用いて前記車体加速度を推定することを特徴としている。

本発明による自動車の制御装置は、好ましくは、前記車体加速度情報取得手段が、前記車輪速を微分して予め設定した定数をかけた値を空転トルクとし、前記駆動トルク又は制動トルクと前記空転トルクの差を車輪半径で割って路面に伝わっている有効駆動力又は有効制動力を算出する有効制駆動力算出手段と、少なくとも一つの車輪速を基に疑似車体速を算出する疑似車体速算出手段と、車体加速度推定値算出手段によって算出される車体加速度を積分して車体速を算出する車体速算出手段と、前記車体速算出手段によって算出された車体速と前記疑似車体速算出手段によって算出された疑似車体速の差に応じて外力を算出する外力算出手段と、前記有効制駆動力算出手段によって算出された有効駆動力又は有効制動力と前記外力算出手段によって算出された外力との和を車両重量で割った値を車体加速度として算出する前記車体加速度推定値算出手段と、を有することを特徴としている。

本発明による自動車の制御装置は、好ましくは、前記疑似車体速算出手段が、前記車輪速センサで計測した少なくとも一つの車輪速に遅延処理と平滑化処理の少なくともいずれか一方を行うことで疑似車体速を算出するすることを特徴としている。

本発明による自動車は、自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御装置により制御する自動車であって、前記車輪のスリップ率が、前記車輪と路面との摩擦力が最大となる値よりも小さい範囲にあり、且つ前記制御装置に対して前記駆動トルク又は制動トルクを増加させる指令が入力されている場合には、前記駆動トルク又は制動トルクを漸増させる第１の制御モードと、前記駆動トルク又は制動トルクを漸減させる第２の制御モードとをスリップ状態に応じて選択して用いて前記駆動トルク又は制動トルクを制御することを特徴としている。

本発明によれば、車輪のスリップ率が、車輪と路面との摩擦力が最大となる値よりも小さい範囲にあっても、駆動トルク又は制動トルクを漸減させる制御が行われることから、圧雪路又は氷結路などおいても、車輪の空転を適切に抑制することができる。

また、車輪速と駆動トルク又は制動トルクから車体加速度を推定し、推定した車体加速度を基に車輪加速度目標値を設定し、実車輪加速度が車輪加速度目標値と一致するように駆動力又は制動力を制御することで、圧雪路又は氷結路などおいても、車輪の空転を抑制して、その路面で発生し得る限界に近い駆動性能又は制動性能を得ることができる。

まず、本発明の制御装置を適用される自動車の一つの実施形態を、図面を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態の自動車は、四輪駆動型の自動車であり、エンジン（内燃機関）１と、変速機２と、発電機３と、電動モータ７とを有する。

エンジン１が発生した動力は、変速機２と発電機３に伝えられる。変速機２に伝えられた動力は、走行状態に適したものに変速され、左右の前輪軸４ａ、４ｂに伝達され、左右の前輪５ａ、５ｂを駆動する。

発電機３に伝えられた動力は、電力に変換され、電力線６によって電動モータ７に供給される。電動モータ７は、界磁式ＤＣモータであり、供給された電力を使ってトルクを発生する。電動モータ７が発生したトルクは、リアディファレンシャル装置８により左右に分配されて後輪軸４ｃ、４ｄに伝達され、左右の後輪５ｃ、５ｄを駆動する。

前輪５ａ、５ｂと後輪５ｃ、５ｄには、それぞれ車輪速センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが取り付けられており、車輪速センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄは、各車輪（前輪５ａ、５ｂ、後輪５ｃ、５ｄ）の車輪速を個々に検出する。

本実施形態の自動車は、４ＷＤコントローラ１００を備えている。４ＷＤコントローラ１００は、マイクロコンピュータによる電子制御式のものであり、発電機３と電動モータ７を制御する。

４ＷＤコントローラ１００は、図２に示されているように、モータトルク目標値算出部１０１と、モータトルク推定値算出部１０２と、トラクションコントロール部１０３および界磁電流制御部１０４とを備えている。

４ＷＤコントローラ１００は、図示しないアクセルペダルからアクセル開度信号ＡＰＯ、車輪速センサ９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから車輪速信号ＶＷ、電動モータ７からモータ回転数信号Ｎｍおよびモータ電機子電流信号Ｉａを受け取る。

４ＷＤコントローラ１００は、発電機３へ発電機界磁電流制御信号Ｉｆｇを、電動モータ７へモータ界磁電流制御信号Ｉｆｍを出力する。

一般に、電動モータ７のトルクは、電動モータ７の界磁によって決まるモータトルク定数と、電動モータ７に流れる電機子電流との積として計算でき、界磁式モータは、界磁を調節することで、モータトルク定数を制御することができる。

即ち、４ＷＤコントローラ１００は、発電機界磁電流制御信号Ｉｆｇによって発電機３の発電量を制御し、加えてモータ界磁電流制御信号Ｉｆｍによって電動モータ７の界磁を制御することで、電動モータ７が出力するトルクを制御する。

モータトルク目標値算出部１０１は、左右前輪速の平均値ＶＷＦと、左右後輪速の平均値ＶＷＲとの差に応じてモータトルク目標値ＭＴｔを決定する。すなわち、左右前輪速の平均値ＶＷＦから左右後輪速の平均値ＶＷＲを引いた値が大きいほど、モータトルク目標値（第１のトルク目標値）ＭＴｔを大きくする。モータトルク目標値ＭＴｔは、駆動トルクを増加させる指令が入力されている場合には、漸増することになる。

モータトルク推定値算出部１０２は、車輪トルク情報取得手段であり、モータ界磁電流制御信号から予め実験などで得たマップを用いてモータトルク定数Ｋｔを算出し、モータトルク定数Ｋｔとモータ電機子電流Ｉａとの積をモータトルク推定値Ｔｍｐｒとして算出する。

トラクションコントロール部１０３は、モータトルク目標値算出部１０１により算出されたモータトルク目標値ＭＴｔを基に、路面状況および車両状態に合ったモータトルク指令値ＭＴｔｃｓを算出する。トラクションコントロール部１０３の詳細については後述する。

界磁電流制御部１０４は、モータ回転数Ｎｍが予め設定した第一の閾値ｔＮｍ１以下であればモータ界磁電流Ｉｆｍ＝ｃＩｆｍ１とし、モータ回転数Ｎｍが予め設定した第二の閾値ｔＮｍ２以上であればモータ界磁電流Ｉｆｍ＝ｃＩｆｍ２とし、モータ回転数Ｎｍが第一の閾値ｔＮｍ１と第二の閾値ｔＮｍ２の間であればモータ界磁電流ＩｆｍをｃＩｆｍ１からｃＩｆｍ２まで順次減少させる。ただし、ｔＮｍ１＜ｔＮｍ２、ｃＩｆｍ１＞ｃＩｆｍ２である。

界磁電流制御部１０４は、モータ界磁電流Ｉｆｍから予め実験などで得たマップを用いてモータトルク定数Ｋｔを算出し、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓをモータトルク定数Ｋｔで割ってモータ電機子電流目標値Ｉａｔを算出し、実際のモータ電機子電流Ｉａがモータ電機子電流目標値Ｉａｔと一致するように発電機界磁電流Ｉｆｇを調節する。

図３は、トラクションコントロール部１０３の詳細構成を示している。

トラクションコントロール部１０３は、後輪スリップ判定器１１０と、トルク制御器１２０とを有する。

後輪スリップ判定器１１０は、アクセル開度ＡＰＯ、車輪速ＶＷ、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗおよび車体速推定値Ｖｐｒから後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを算出する。オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗと、車体速推定値Ｖｐｒは、トルク制御器１２０が出力した値をサンプルディレイＤＬＹ１、ＤＬＹ２によって１サンプル周期遅らせて用いる。つぎに、後輪スリップ判定器１１０の詳細について説明する。

後輪スリップ判定器１１０は、前後輪速差スリップ判定器１１１と、リア左右輪速差スリップ判定器１１２と、後輪加速度スリップ判定器１１３と、車速スリップ判定器１１４とから構成されている。

前後輪速差スリップ判定器１１１では、左右後輪速の大きい方から左右前輪速の小さい方を引いた値ＤＶＷが予め設定した閾値ｔＤＶＷ１よりも大きくなると、後輪のスリップ率が増大したと判定し、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを立てる。そして、左右後輪速の大きい方から左右前輪速の小さい方を引いた値ＤＶＷが予め設定した閾値ｔＤＶＷ２よりも小さくなると、後輪のスリップ率が十分小さくなったと判定し、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを下げる。

リア左右輪速差スリップ判定器１１２は、後輪の左右輪速ＶＷＲＬ、ＶＷＲＲを比較し、当該両者の速度差ＤＶＷＲＬが予め設定した閾値ｔＤＶＷＲＬ１よりも大きくなると、後輪のスリップ率が増大したと判定し、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを立てる。そして、速度差ＤＶＷＲＬが予め設定した閾値ｔＤＶＷＲＬ２よりも小さくなると、後輪のスリップ率が十分小さくなったと判定し、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを下げる。

後輪加速度スリップ判定器１１３は、左右後輪速ＶＷＲＬ、ＶＷＲＲの平均値を微分して後輪加速度平均値ＧＷＲを算出し、後輪加速度平均値ＧＷＲが予め設定した閾値ｔＧＷＲ１よりも大きくなると、後輪のスリップ率が増大したと判定し、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを立てる。閾値ｔＧＷＲ１は、アクセル開度ＡＰＯに応じて設定されるものであり、アクセル開度ＡＰＯが大きいと、閾値ｔＧＷＲ１も大きく、アクセル開度ＡＰＯが小さいと、閾値ｔＧＷＲ１も小さくするように設定する。そして、後輪加速度平均値ＧＷＲが予め設定した閾値ｔＧＷＲ２よりも小さくなると、後輪のスリップ率が十分小さくなったと判定し、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを下げる。

車速スリップ判定器１１４は、車体速推定値Ｖｐｒと左右後輪速ＶＷＲＬ、ＶＷＲＲのの比、すなわち、ＶＷＲＬ／Ｖｐｒと、ＶＷＲＲ／Ｖｐｒのいずれか一方又は両方が予め設定した閾値ｔＶＷＳＲよりも大きくなり、かつオブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗが立っている場合には、後輪のスリップ率が増大したと判定し、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを立てる。そして、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰが立ち上げてから、予め設定した時間ｔＴＶＷＳＲ経過すると、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを下げる。

すなわち、後輪スリップ判定器１１０は、前後輪速差スリップ判定器１１１、リア左右輪速差スリップ判定器１１２、後輪加速度スリップ判定器１１３、車速スリップ判定器１１４の少なくとも一つが、後輪のスリップ率が増大したと判定すると、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰを立てる。

トルク制御器１２０は、アクセル開度ＡＰＯ、車輪速ＶＷ、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰ、モータトルク目標値ＭＴｔおよびモータトルク推定値Ｔｍｐｒから、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓを算出し、併せてオブザーバ低ゲインフラグＧＦＬｏｗおよび車体速推定値Ｖｐｒを算出する。

図４は、トルク制御器１２０の詳細構成を示している。

トルク制御器１２０は、ＴＣＳモード判定器１２１と、車体加速度オブザーバ１２２と、トルク制限器１２３と、加速度フィードバック制御器１２４と、トルク切替器１２５とを有する。

ＴＣＳモード判定器１２１は、モータトルク目標値ＭＴｔ、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰ、車体加速度推定値Ｇｐｒおよびモータトルク指令値ＭＴｔｃｓから、ＴＣＳモードを決定し、トルク切替指令ＳＷｔｃｓ、トルク制限指令ＴＲＱＣＨＧおよびオブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗを出力する。ＴＣＳモード判定器１２１では、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓはトルク切替器１２５が出力した値を、車体加速度推定値Ｇｐｒは車体加速度オブザーバ１２２が出力した値を、それぞれサンプルディレイＤＬＹ３、ＤＬＹ４によって１サンプル周期遅らせて用いる。

ＴＣＳモード判定器１２１が行うＴＣＳモード判定についての詳細は、後述する。

車体加速度オブザーバ１２２は、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰ、ＴＣＳモード判定器１２１が出力したオブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗ、車輪速ＶＷおよびモータトルク推定値Ｔｍｐｒから、車体加速度推定値Ｇｐｒ、車体速推定値Ｖｐｒを出力する。この車体加速度オブザーバ１２２の詳細についても、後述する。

トルク制限器１２３は、ＴＣＳモード判定器１２１が出力したトルク制限指令ＴＲＱＣＨＧに従って、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓから予め設定した一定値を引くか、あるいはモータトルク指令値ＭＴｔｃｓを維持してモータトルク第２目標値（第２のトルク目標値）ＭＴｔ２として出力する。モータトルク指令値ＭＴｔｃｓはトルク切替器１２５が出力した値をサンプルディレイＤＬＹ３によって１サンプル周期遅らせて用いる。モータトルク第２目標値ＭＴｔ２は、モータトルク目標値ＭＴｔより一定値を差し引いた値になる。
すなわち，トルク制限器１２３は，トルク目標値算出手段により算出された前記第１のトルク目標値より所定値を差し引いた第２のトルク目標値を算出する。

加速度フィードバック制御器１２４は、アクセル開度ＡＰＯ、車輪速ＶＷ、車体加速度オブザーバ１２２が出力した車体加速度推定値Ｇｐｒおよびモータトルク指令値ＭＴｔｃｓから、モータトルク第３目標値ＭＴｔ３を出力する。加速度フィードバック制御器１２４では、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓはトルク切替器１２５が出力した値をサンプルディレイＤＬＹ３により１サンプル周期遅らせて用いる。加速度フィードバック制御器１２４の詳細についても後述する。

トルク切替器１２５は、ＴＣＳモード判定器１２１が出力したトルク切指令ＳＷｔｃｓに従い、モータトルク目標値ＭＴｔ、モータトルク第２目標値ＭＴｔ２、モータトルク第３目標値ＭＴｔ３のいずれかをモータトルク指令値ＭＴｔｃｓとして出力する。

ＴＣＳモード判定器１２１が行うＴＣＳモード判定を、図５を参照して説明する。

このＴＣＳモード判定では、最初はデフォルトモードｍＤｅｆが選択されている。デフォルトモードｍＤｅｆでは、トルク切替指令ＳＷｔｃｓはモータトルク目標値ＭＴｔがモータトルク指令値ＭＴｔｃｓとなるように設定され、トルク制限指令ＴＲＱＣＨＧはモータトルク指令値ＭＴｔｃｓを維持するように設定され、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗは下げられる。

デフォルトモードｍＤｅｆ選択中に、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰが立つと、スリップモードｍＳｌｐが選択される。スリップモードｍＳｌｐでは、トルク切替指令ＳＷｔｃｓはモータトルク第２目標値ＭＴｔ２がモータトルク指令値ＭＴｔｃｓとなるように設定され、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗは下げられたままになる。

さらに、スリップモードｍＤｅｆにはトルクダウンモードｍＴｄとトルクキープモードｍＴｋがあり、最初はトルクダウンモードｍＴｄが選択され、トルク制限指令ＴＲＱＣＨＧはモータトルク指令値ＭＴｔｃｓから予め設定した一定値を引いてモータトルク第２目標値ＭＴｔ２として出力されるように設定される。

トルクタウンモードｍＴｄ選択中に、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓが予め設定した値ｔＭＴｍｉｎ以下になると、トルクキープモードｍＴｋが選択され、トルク制限指令ＴＲＱＣＨＧはモータトルク指令値ＭＴｔｃｓを維持してモータトルク第２目標値ＭＴｔ２として出力されるように設定される。

すなわち、スリップモードｍＳｌｐ選択中は、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓを一定速度で一定値ｔＭＴｍｉｎまで下げるように制御を行う。

スリップモードｍＳｌｐ選択中に、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰが下がると、加速度フィードバック制御モードｍＡｆｂが選択され、トルク切替指令ＳＷｔｃｓはモータトルク第３目標値ＭＴｔ３がモータトルク指令値ＭＴｔｃｓとして出力されるように設定され、トルク制限指令ＴＲＱＣＨＧはモータトルク指令値ＭＴｔｃｓを維持するように設定される。

加速度フィードバック制御モードｍＡｆｂには、低加速度モードｍＬａ、ディレイモードｍＤｙおよびオブザーバ低ゲインモードｍＬｇがあり、最初は低加速度モードｍＬａが選択され、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗを下げたままにする。

低加速度モードｍＬａ選択中に、車体加速度推定値Ｇｐｒが予め設定した閾値ｔＧｐｒ１以上になると、ディレイモードｍＤｙが選択され、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗを下げたままにする。

ディレイモードｍＤｙが選択された状態で、車体加速度推定値Ｇｐｒが予め設定した閾値ｔＧｐｒ２よりも小さくなると、低加速度モードｍＬａが選択される。

ディレイモードｍＤｙが選択された状態で、車体加速度推定値Ｇｐｒが予め設定した閾値ｔＧｐｒ２以上、且つ、予め設定した時間Ｔｄｌｙ経過すると、オブザーバ低ゲインモードｍＬｇが選択され、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗを立てる。

加速度フィードバック制御モードｍＡｆｂ選択中に、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓがモータトルク目標値ＭＴｔ以上となると、デフォルトモードｍＤｅｆが選択される。つまり、モータトルク目標値ＭＴｔとモータトルク第３目標値ＭＴｔ３との大小関係に応じてデフォルトモードｍＤｅｆが選択される。

ＴＣＳモード判定器１２１では、以上の各モードを選択し、各モードに応じてトルク切替指令ＳＷｔｃｓ、トルク制限指令ＴＲＱＣＨＧおよびオブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗを出力することが行われる。

図６は、車体加速度オブザーバ１２２の詳細を示している。

車体加速度情報取得手段である車体加速度オブザーバ１２２は、左右後輪速の平均値ＶＷＲを後輪加速度算出部（微分器）１４８で微分し、後輪加速度平均値ＧＷＲを算出する。次に、空転トルク算出部１４１で、後輪加速度平均値ＧＷＲを後輪や後輪と一緒に回転する後輪軸４ｃ、４ｄ、リアディファレンシャル８の慣性モーメントＩをかけて車輪半径ｒで割って空転トルクＴｒｓを算出し、車軸駆動トルク算出部１４２で、モータトルク推定値Ｔｍｐｒにリアディファレンシャル８の減速比ＲＧかけて車軸上の駆動トルクＴｒを算出し、加合点１３９で、駆動トルクＴｒから空転トルクＴｒｓを引いて、これを有効駆動力算出部１４３で、車輪半径ｒで割って有効駆動力Ｆｄを算出する。

ここで、有効駆動力Ｆｄとは路面に伝わっている有効な駆動力のことで、上述のように電動モータ７の出力トルクから車輪の増速のみに消費されるトルクを引いて車輪半径ｒで割ることで算出することができる。

つぎに、加合点１３８で、有効駆動力Ｆｄと外力Ｆｄｉｓ（有効駆動力以外で車両の前後方向に働く力）を足し合わせ、これを車体加速度推定値算出部１４４で、車両重量ｍで割ることで、車体加速度推定値Ｇｐｒを得る。

車体加速度Ｇｐｒを車体速推定値算出部（積分器）１４５で、積分して車体速推定値Ｖｐｒを算出し、加合点１３７で、疑似車体速生成器１４６で算出した疑似車体速Ｖｐｓから車体速推定値Ｖｐｒを引いた値に、外力算出部１４７で、ゲインＧｄｉｓをかけて外力Ｆｄｉｓを調節する。疑似車体速生成器１４６については後述する。

ゲインＧｄｉｓは、ＴＣＳモードに応じて切り替えられ、スリップモードｍＳｌｐ選択時およびオブザーバ低ゲインモードｍＬｇ選択時には、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗが立ち、ゲインＧｄｉｓが他のモード選択時よりも小さくなる。

例えば、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗが下がっている時には、Ｇｄｉｓ＝１０００、オブザーバ低ゲインフラグＦＧＬｏｗが立っている時には、Ｇｄｉｓ＝１００とする。ゲインＧｄｉｓを小さくすることで、外力Ｆｄｉｓの変化が小さくなり、車体加速度推定値Ｇｐｒの変化は有効駆動力Ｆｄの変化に大きく依存するので、後輪がスリップして有効駆動力Ｆｄが低下した場合の実車体加速度追従性をよくすることができる。

ここでは、ゲインＧｄｉｓを２段階に分けているが、車体速に応じてマップを用いてゲインＧｄｉｓを多段階に設定するようにしてもよく、その場合には、車体速が大きい方が外力の変化が大きくなるように、車体速が大きい場合にはゲインＧｄｉｓも大きくなるように設定するのが好ましい。また、疑似車体速Ｖｐｓから車体速推定値Ｖｐｒを引いた値にゲインＧｄｉｓをかけた後、積分した値を外力Ｆｄｉｓとしてもよい。

図７は、疑似車体速生成器１４６による疑似車体速生成法の一例を示している。疑似車体速生成器１４６は、四輪車輪速のうち最も小さい車輪速である最小車輪速ＶＷｍｉｎと最小車輪速ＶＷｍｉｎに遅延処理を施した遅延処理後の最小車輪速ＶＷｍｉｎｄのうち、小さい方の車輪速を、公知のローパスフィルタに通した値を疑似車体速Ｖｐｓとして算出する。

さらに、後輪スリップフラグＲＳＬＩＰが立つと、車輪速ＶＷを保持するので、前輪のスリップ率ＳＲがすでに増大しており、後輪のスリップ率ＳＲが増大した場合であっても、疑似車体速Ｖｐｓが実車体速から大きく離れることを防ぐことができる。

また、遅延処理は、１回に限らず、遅延処理を複数回施した車輪速をそれぞれ算出し、それらのうちの最も小さい値を公知のローパスフィルタに通して平滑化処理した少なくともいずれか一方の値を疑似車体速Ｖｐｓとしてもよい。

図８は、加速度フィードバック制御器１２４で行う加速度フィードバック制御の詳細を示している。

加速度フィードバック制御器１２４は、車体加速度推定値Ｇｐｒを制限器１５１によって予め設定した値ｃＧｍｉｎ以上に制限し、後輪加速度目標値算出部１５２で、制限処理された車体加速度推定値Ｇｐｒにゲインｋ（係数）をかけて後輪加速度目標値ＤＧＷＲを算出する。ゲインｋは次式（３）によって算出する。

ｋ＝１／（１−ＤＳＲ） …（３）

ここで、ＤＳＲは目標スリップ率であり、定数としてもよいが、アクセル開度ＡＰＯからマップを用いて目標スリップ率ＤＳＲを設定する。ここでは、アクセル開度ＡＰＯが大きいほど目標スリップ率ＤＳＲも大きくなるように設定する。

次に、加合点１５５で、後輪加速度目標値ＤＧＷＲと後輪加速度算出部（微分器）１５７による微分演算により算出された後輪加速度平均値ＧＷＲとの差（偏差）を求め、これにゲイン設定器１５３によってゲインＧをかけ、制限器１５４によって電動モータ７の応答性などを考慮して適切な範囲に制限し、加合点１５６でモータトルク指令値ＭＴｔｃｓに加えた値をモータトルク第３目標値ＭＴｔ３として算出する。

すなわち、加速度フィードバック制御では、スリップ率ＳＲが目標スリップ率ＤＳＲとなったときのスリップ率ＳＲの変化速度が０となるように、車体加速度を基に目標車輪加速度を算出し、実車輪加速度が目標車輪加速度に一致するように車輪トルクを制御する。

図９、１０は、それぞれ従来の制御装置と本実施形態の制御装置によってトルクを制御した場合の速度（後輪速平均値ＶＷＲ、車体速Ｖｒ）、加速度（後輪加速度平均値ＧＷＲ、車体加速度Ｇｒ）、スリップ率（後輪スリップ率）ＳＲとモータトルク指令値ＭＴｔｃｓの関係を示している。

図９に示す従来の制御装置では、時点ｔ１で、後輪加速度平均値ＧＷＲが車体加速度Ｇｒから離れ始めている。これは、スリップ率ＳＲが増大する予兆を示しているが、後輪速平均値ＶＷＲと車体速Ｖｒの差が小さく、スリップ率ＳＲが、摩擦係数が最大となるスリップ率ＳＲＰを超えていないため、従来の制御方法ではモータトルク指令値ＭＴｔｃｓを減少させない。

次に、時点ｔ２で、スリップ率ＳＲが、摩擦係数が最大となるスリップ率ＳＲＰを超えたので、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓを減少させる。しかし、路面の摩擦係数のばらつきや、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓの減少から、実際のモータトルクが減少するまでの遅れなどにより、スリップ率ＳＲが増大してしまうので、路面の雪、氷が溶けてしまい、さらに路面の摩擦係数が低下するおそれがある。

図１０に示す本実施形態では、時点ｔ３で、後輪加速度平均値ＧＷＲが増加し、前述の後輪加速度目標値ＤＧＷＲを超えたので、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓを徐々に減少させる。

次に、時点ｔ４で、スリップ率ＳＲが、摩擦係数が最大となるスリップ率ＳＲＰを超え、車体加速度Ｇｒが減少するのに応じて、モータトルク指令値ＭＴｔｃｓをさらに減少させる。

本実施形態では、スリップ率ＳＲが、摩擦係数が最大となるスリップ率ＳＲＰを超える前に、後輪加速度平均値ＧＷＲと車体加速度Ｇｒの関係からスリップ率ＳＲの増大を予測し、予めモータトルク指令値ＭＴｔｃｓを減少させるので、スリップ率ＳＲの増大を抑えることができる。

以上のように本実施形態では、車輪速とモータトルクから車体加速度を推定し、アクセル開度と、推定した車体加速度を基に目標車輪加速度を設定し、実車輪加速度が目標車輪加速度と一致するように、モータトルク、すなわち後輪駆動力を制御することが行われ、圧雪路や氷結路などにおいても、その路面で発生し得る限界に近い駆動性能を得ることができる。

上述の実施形態では、前輪５ａ、５ｂをエンジン１で駆動し、後輪５ｃ、５ｄを電動モータ７で駆動する四輪駆動車に本発明を適用した例を示したが、本発明は、これに限らず、四輪をエンジンで駆動する自動車に適用してもよいし、四輪を電動モータで駆動する自動車に適用してもよい。また、本発明は、駆動に限らず、四輪で制動する自動車に適用してもよい。

また、上述の実施形態では、アクセル開度ＡＰＯに応じて目標スリップ率ＤＳＲを設定したが、アクセル開度ＡＰＯに限らず、舵角に応じて目標スリップ率ＤＳＲを設定してもよい。

また、上述の実施形態では、駆動時のみに本発明を適用した例を示したが、制動トルクを制御する場合は、ブレーキペダル踏込み量に応じて目標スリップ率ＤＳＲを設定してもよいし、ブレーキを踏んでいなくとも、エンジンブレーキ相当の減速が得られるように、制動トルクを制御してもよい。

制動時には車体加速度は負となるため、疑似車体速生成器１４６によって疑似車体速Ｖｐｓを算出する際、四輪車輪速のうち最も小さい車輪速である最小車輪速Ｖｗｍｉｎに代えて、四輪車輪速のうち最も大きい車輪速である最大車輪速Ｖｗｍａｘを用いるように疑似車体速生成法を切り替えることが好ましい。また、加速度フィードバック制御器１２４の制限器１５１では予め設定した値ｃＧｍａｘ以下に車体加速度推定値Ｇｐｒを制限するように制限器１５１を切り替えることが好ましい。

また、上述の実施形態では、電動モータで駆動する車輪を備える自動車の駆動時にのみ本発明を適用した例を示したが、電動モータによる回生制動によって負の駆動トルクを発生する場合にも本発明を適用してもよい。この場合も上述の制動時と同様に車体加速度が負となるため、上述の制動時と同様の切り替えを行うことが好ましい。

本発明装置を適用される自動車の一つの実施形態を示す構成図。本発明装置を適用される４ＷＤコントローラの一つの実施形態を示すシステムブロック図。本実施形態の４ＷＤコントローラのトラクションコントロール部のブロック線図。本実施形態の４ＷＤコントローラのトルク制御器のブロック線図。本実施形態の４ＷＤコントローラのＴＣＳモード判定器のモード遷移図。本実施形態の４ＷＤコントローラの車体加速度オブザーバのブロック線図。本実施形態の４ＷＤコントローラの疑似車体速生成器による疑似車体速生成法の一例を示すグラフ。本実施形態の４ＷＤコントローラの加速度フィードバック制御器のブロック線図。従来の制御装置によってトルク制御を行った場合の制御特性を示すグラフ。本実施形態の制御装置によってトルク制御を行った場合制御特性を示すグラフ。スリップ率と摩擦係数との一般的な関係を示すグラフ。

符号の説明

１エンジン
２変速機
３発電機
４ａ、４ｂ前輪軸
４ｃ、４ｄ後輪軸
５ａ、５ｂ前輪
５ｃ、５ｄ後輪
６電力線
７電動モータ
８リアディファレンシャル装置
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ車輪速センサ
１００４ＷＤコントローラ
１０１モータトルク目標値算出部
１０２モータトルク推定値算出部
１０３トラクションコントロール部
１０４界磁電流制御部
１１０後輪スリップ判定器
１１１前後輪速差スリップ判定器
１１２リア左右輪速差スリップ判定器
１１３後輪加速度スリップ判定器
１１４車速スリップ判定器
１２０トルク制御器
１２１ＴＣＳモード判定器
１２２車体加速度オブザーバ
１２３トルク制限器
１２４加速度フィードバック制御器
１２５トルク切替器
１３８、１３９加合点
１４１空転トルク算出部
１４２車軸駆動トルク算出部
１４３有効駆動力算出部
１４４車体加速度推定値算出部
１４５車体速推定値算出部
１４６疑似車体速生成器
１４７外力算出部
１４８後輪加速度算出部
１５１制限器
１５２後輪加速度目標値算出部
１５３ゲイン設定器
１５４制限器
１５５、１５６加合点
１５７後輪加速度算出部

Claims

自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御する自動車の制御装置であって、
前記車輪のスリップ率が、前記車輪と路面との摩擦力が最大となる値よりも小さい範囲にあり、且つ前記制御装置に対して前記駆動トルク又は制動トルクを増加させる指令が入力されている場合には、前記駆動トルク又は制動トルクを漸増させる第１の制御モードと、前記駆動トルク又は制動トルクを漸減させる第２の制御モードとを、スリップ状態に応じて選択して用いて前記駆動トルク又は制動トルクを制御することを特徴とする自動車の制御装置。
自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御する自動車の制御装置であって、
前記車輪のスリップ率が増大したことを判定するスリップ判定手段と、
前記駆動トルク又は制動トルクを増加させる指令が入力されている場合には、前記駆動トルク又は制動トルクを漸増させる第１のトルク目標値を算出するトルク目標値算出手段と、
前記トルク目標値算出手段により算出された前記第１のトルク目標値より所定値を差し引いた第２のトルク目標値を算出するトルク制限手段と、
車輪加速度を計測又は推定する車輪加速度情報取得手段と、
車体加速度を計測又は推定する車体加速度情報取得手段と、
前記車輪加速度情報取得手段によって計測又は推定された車輪加速度が、前記車体加速度情報取得手段によって計測又は推定された車体加速度に所定の係数をかけて得られる車輪加速度目標値に一致するようにトルク制御を行う第３のトルク目標値を算出する加速度フィードバック制御手段とを有し、
前記スリップ判定手段による判定結果と、前記第１のトルク目標値と前記第３のトルク目標値との大小関係に応じて前記第１のトルク目標値と前記第２のトルク目標値と前記第３のトルク目標値の何れか一つを選択して前記駆動トルク又は制動トルクを制御することを特徴とする自動車の制御装置。
自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御する自動車の制御装置であって、
車輪加速度を計測又は推定する車輪加速度情報取得手段と、
車体加速度を計測又は推定する車体加速度情報取得手段と、
前記車輪加速度情報取得手段によって計測又は推定された車輪加速度が、前記車体加速度情報取得手段によって計測又は推定された車体加速度に所定の係数をかけて得られる車輪加速度目標値に、一致するように、前記駆動トルク又は制動トルクを制御する加速度フィードバック制御手段と、
を有することを特徴とする自動車の制御装置。
アクセル開度、ブレーキペダル踏み込み量、舵角の少なくともいずれか一つに応じて前記車体加速度にかける前記係数を設定することを特徴とする請求項３に記載の自動車の制御装置。
少なくとも一つの前記車輪の速度を計測する車輪速センサと、少なくとも一つの前記車輪の駆動トルク又は制動トルクを計測又は推定する車輪トルク情報取得手段とを備え、
前記車体加速度情報取得手段は、前記車輪速センサによって計測された車輪速と前記車輪トルク情報取得手段によって計測又は推定された駆動トルク又は制動トルクを用いて前記車体加速度を推定することを特徴とする請求項２から４の何れか一項に記載の自動車の制御装置。
前記車体加速度情報取得手段は、前記車輪速を微分して予め設定した定数をかけた値を空転トルクとし、前記駆動トルク又は制動トルクと前記空転トルクの差を車輪半径で割って路面に伝わっている有効駆動力又は有効制動力を算出する有効制駆動力算出手段と、少なくとも一つの車輪速を基に疑似車体速を算出する疑似車体速算出手段と、車体加速度推定値算出手段によって算出される車体加速度を積分して車体速を算出する車体速算出手段と、前記車体速算出手段によって算出された車体速と前記疑似車体速算出手段によって算出された疑似車体速の差に応じて外力を算出する外力算出手段と、前記有効制駆動力算出手段によって算出された有効駆動力又は有効制動力と前記外力算出手段によって算出された外力との和を車両重量で割った値を車体加速度として算出する前記車体加速度推定値算出手段と、を有することを特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載の自動車の制御装置。
前記疑似車体速算出手段は、前記車輪速センサで計測した少なくとも一つの車輪速に遅延処理と平滑化処理の少なくともいずれか一方を行うことで疑似車体速を算出することを特徴とする請求項６に記載の自動車の制御装置。
自動車の車輪の駆動トルク及び／又は制動トルクを制御装置により制御する自動車であって、
前記車輪のスリップ率が、前記車輪と路面との摩擦力が最大となる値よりも小さい範囲にあり、且つ前記制御装置に対して前記駆動トルク又は制動トルクを増加させる指令が入力されている場合には、前記駆動トルク又は制動トルクを漸増させる第１の制御モードと、前記駆動トルク又は制動トルクを漸減させる第２の制御モードとをスリップ状態に応じて選択して用いて前記駆動トルク及び／又は制動トルクを制御することを特徴とする自動車。