以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この発明を実施するための最良の形態(以下実施形態という)によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。
以下においては、動力発生手段に電動機を用いる、いわゆる電気自動車に本発明を適用した場合について説明するが、本発明の適用対象はこれに限られるものではなく、車輪の回転速度の変動に基づいて、当該車輪の上下振動を抑制する振動抑制手段を備えるものであれば本発明を適用できる。動力発生手段は電動機に限られるものではなく、内燃機関でもよく、内燃機関と電動機とを組み合わせた、いわゆるハイブリッドの動力発生手段を用いてもよい。また、本発明においては、車両が備える車輪の個数は4個に限定されるものではなく、単輪に対するばね下振動を抑制する場合にも本発明は適用できる。
本発明は、車輪間で駆動力を異ならせることにより、車両の旋回性能を向上させたり、車両の姿勢を安定させたりする制御を実行する際に好適に適用できる。この制御を駆動力配分制御という。なお、車輪の駆動力を制御することには、車輪に与える駆動力を制御することの他、車輪に付与する制動力を制御することにより、車輪の駆動力を制御することも含む。また、本実施形態において、駆動力と制動力とを区別して記載しない場合は、駆動力は制動力も含むものとする。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る走行装置を備える車両の構成を示す概略図である。実施形態1は、車輪の発生可能な駆動力及び車輪によって発生可能なヨーモーメントの範囲を示す境界枠を作成するとともに、車輪に対する要求駆動力及び車両に対する要求ヨーモーメントが境界枠の内部に存在する場合には、それぞれの前記車輪が発生可能な駆動力の範囲内で境界枠の形状を変更することにより、前記要求駆動力及び前記要求ヨーモーメントを実現する、それぞれの車輪の駆動力を求める点に特徴がある。境界枠の形状を変更するにあたっては、車輪に対する要求駆動力及び車両に対する要求ヨーモーメントが境界枠の枠上になるようにする。
図1に示す車両1は、電動機のみを動力発生手段とする走行装置100を備える。走行装置100は、動力発生手段として、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rを備えている。そして、左前電動機10Lは左前輪2Lを、右前電動機10Rは右前輪2Rを、左後電動機11Lは左後輪3Lを、右後電動機11Rは右後輪3Rを駆動する。このように、この走行装置100は、すべての車輪が駆動輪となる全輪駆動形式となっている。また、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rは、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rのホイール内に配置される、いわゆるインホイールタイプの構成となっている。なお、動力発生手段に電動機を用いる場合、電動機の配置はインホイールタイプに限定されるものではない。
以下の説明において、4台の電動機を区別しない場合には、単に電動機Mといい、4輪を区別しない場合には、単に車輪Wという。また、4輪のうち車両1の前後に着目するときには前輪2、後輪3といい、4台の電動機のうち、車両1の前後に着目するときには、前側電動機10、後側電動機11という(以下同様)。ここで、左右の区別は、車両1(あるいは走行装置100)の前進する方向(図1の矢印X方向)を基準とする。すなわち、「左」とは、車両1(あるいは走行装置100)の前進する方向に向かって左側をいい、「右」とは、車両1(あるいは走行装置100)の前進する方向に向かって右側をいう。
本実施形態において、電動機Mと車輪Wとは直結してある。すなわち、電動機Mのローターは、電動機Mの出力軸を介して車輪Wと連結されている。また、本実施形態において、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rは、ECU(Engine Control Unit)50によってそれぞれ独立に制御される。これによって、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rそれぞれの駆動力が独立して制御される。また、左前輪2Lの駆動力と、右前輪2Rの駆動力と、左後輪3Lの駆動力と、右後輪3Rの駆動力との配分比は、必要に応じてECU50によって変更される。これによって、旋回時において内外輪回転数差を設けたり、トラクションコントロールを実行したりすることができる。
なお、電動機Mと車輪Wとの間に減速機構を設け、電動機Mの回転数を減速して左右の車輪Wに伝達してもよい。一般に、電動機は小型化するとトルクが低下するが、減速機構を設けることによって電動機のトルクを増加させることができる。その結果、走行装置100が搭載する電動機Mを小型化することができる。
左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rには、それぞれ左前電動機用レゾルバ40L、右前電動機用レゾルバ40R、左後電動機用レゾルバ41L、右後電動機用レゾルバ41Rによって回転角度や回転速度が検出される。左前電動機用レゾルバ40L、右前電動機用レゾルバ40R、左後電動機用レゾルバ41L、右後電動機用レゾルバ41Rの出力は、電動機用ECU8に取り込まれて、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rの制御に用いられる。ここで、4輪を区別しない場合には、単にレゾルバQという。
左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rは、電動機制御回路6に接続されている。電動機制御回路6には、図1に示す車両1が搭載する、例えばニッケル−水素電池や鉛蓄電池等の車載電源7が接続されており、必要に応じて、車載電源7から左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rを駆動するための電力が供給される。電動機制御回路6は、W、V、Uの三相電流を発生させるための3つのインバータ回路より構成されている。インバータ回路は、ECU50からの制御信号に基づいて電動機用ECU8が制御する。ここで、ECU50と電動機用ECU8とは、通信回線9を介して接続されており、ECU50は、通信回線9を介して電動機用ECU8へ制御信号を送信する。これによって、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rが駆動制御される。
本実施形態においては、アクセル開度センサ42によって検出されるアクセル5の開度によって、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rの出力が制御され、その結果、走行装置100の総駆動力F_allが制御される。なお、本実施形態においては、一組のインバータ回路によって1台の電動機が制御される。走行装置100は4台の電動機、すなわち、走行装置100は、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rを備えるため、これらを制御するために、電動機制御回路6には4組のインバータ回路が備えられる。
左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rが走行装置100の動力発生手段として用いられる場合、車載電源7の電力が電動機制御回路6を介して供給される。また、例えば車両1の減速時には、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rが発電機として機能して回生発電を行い、車両1を制動するとともに、車両1の制動によって回収したエネルギーを車載電源7に蓄える。これは、ブレーキ信号やアクセルオフ等の信号に基づいて、ECU50が電動機制御回路6を制御することにより実現される。
左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rには、それぞれを制動するための左前制動装置12L、右前制動装置12R、左後制動装置13L、右後制動装置13Rが備えられる。ここで、左前制動装置12L、右前制動装置12R、左後制動装置13L、右後制動装置13Rを区別しない場合には、単に制動装置Bという。制動装置Bは、摩擦力を利用して各車輪Wに制動力を発生させる。各制動装置Bは、制動力伝達媒体であるブレーキフルードが満たされた制動力伝達媒体配管17を介して制動力制御装置14に接続されており、制動力制御装置14が発生する制動圧力に基づいて、各制動装置Bの制動力が調整される。
制動力制御装置14は、制動圧力発生装置(オイルポンプ)14pと、制動圧力調整装置(弁装置)14vと、制動圧力配分装置14dとを含んで構成される。通常の制動時においては、運転者によるブレーキペダル15の踏み込み力に応じて駆動されるマスターシリンダ16が発生する制動圧力が、制動圧力配分装置14dによって各制動装置Bに分配されて、各車輪Wに制動力を発生させる。この場合、マスターシリンダ16が発生する圧力、すなわち、運転者によるブレーキペダル15の踏み込み力に応じて、各制動装置Bに配分される制動圧力が調整されて、各車輪Wの発生する制動力が制御される。
また、ECU50によって制動圧力発生装置14pと、制動圧力調整装置14vと、制動圧力配分装置14dとを制御することにより、運転者によるブレーキペダル15の踏み込み力に関係なく、各車輪Wの発生する制動力を制御することもできる。このように、各駆動輪の制動力を個別に制御することによって、制動時における各車輪Wのロックを抑制したり、車両1の走行中に空転の発生している車輪Wを制動することによって車両1の横滑り等を抑制したりすることができる。
ECU50は、各電動機Mの駆動力を制御したり、各電動機Mによって回収する電力量を制御することにより、各電動機Mの制動力を制御したりする。これによって、ECU50は、電動機Mの駆動力を制御することができる。また、後述するように、ECU50には駆動制御装置30が備えられており、駆動制御装置30が本実施形態に係る駆動制御を実行する。なお、本実施形態において、駆動制御装置30は、ECU50の一機能として実現される。
車両1が備える通信回線9には、レゾルバQ、アクセル開度センサ42、車速センサ43、ヨーセンサ44、操舵角センサ45等が接続されている。そして、ECU50は、通信回線9を介して、走行装置100の制御に必要な情報をこれらのセンサ類から取得する。次に、本実施形態に係る駆動制御を実行する駆動制御装置30及び電動機用ECU8の構成を説明する。
図2は、実施形態1に係る駆動制御装置の構成例を示す説明図である。図2に示すように、駆動制御装置30は、ECU50に組み込まれて構成されている。ECU50は、CPU(Central Processing Unit:中央演算装置)50pと、記憶部50mと、入力及び出力ポート55、56とから構成される。
なお、ECU50とは別個に、本実施形態に係る駆動制御装置30を用意し、これをECU50に接続してもよい。そして、本実施形態に係る駆動制御を実現するにあたっては、ECU50が備える走行装置100等に対する制御機能を、駆動制御装置30が利用できるように構成してもよい。
駆動制御装置30は、要求値演算部31と、駆動力演算部32と、動荷重基準駆動力演算部33と、制御条件判定部34と、駆動力設定部35とを含んで構成される。これらが、本実施形態に係る駆動制御を実行する部分となる。本実施形態において、駆動制御装置30は、ECU50を構成するCPU50pの一部として構成される。CPU50pには、電動機制御部50peが備えられており、電動機制御部50peは、車両1の走行時における電動機Mの出力や電力の回生を制御する他、駆動制御装置30が実行した駆動制御の処理結果に基づいて電動機Mの出力(トルク)を制御する。また、CPU50pには、総合制御部50pcが備えられており、走行装置100の制御(例えば、制動装置Bの制御や電動機Mの制御等)に必要な演算を実行する。
CPU50pと記憶部50mとは、バス541〜543を介して、入力ポート55及び出力ポート56を介して接続される。これにより、駆動制御装置30に含まれる要求値演算部31と、駆動力演算部32と、動荷重基準駆動力演算部33と、制御条件判定部34と、駆動力設定部35とは、相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。また、駆動制御装置30は、ECU50が有する走行装置100の運転制御データを取得し、これを利用することができる。また、駆動制御装置30は、本実施形態に係る駆動制御をECU50が予め備えている運転制御ルーチンに割り込ませたりすることができる。
入力ポート55は、通信回線9と接続される。通信回線9には、アクセル開度センサ42、車速センサ43、ヨーセンサ44、操舵角センサ45その他の、走行装置100の運転制御に必要な情報を取得するセンサ類が接続されている。車速センサ43は、例えば、車両1が備える4個の車輪Wの平均回転速度から、車両1の走行速度(車速)Vを求めたり、4個の車輪のうち最も低い回転速度から車速Vを求めたりするものである。CPU50pは、通信回線9を介して、これらのセンサ類から出力される信号を取得する。また、CPU50pは、CPU8p及び通信回線9を介して、レゾルバQ(左前電動機用レゾルバ40L、右前電動機用レゾルバ40R、左後電動機用レゾルバ41L、右後電動機用レゾルバ41R)が検出する電動機回転速度を取得する。これにより、CPU50pは、走行装置100の運転制御や、本実施形態に係る駆動制御に必要な情報を取得することができる。
出力ポート56は、通信回線9と接続されている。そして、CPU50pが演算した電動機M(左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11R)に対する駆動制御指令は、通信回線9を介して電動機用ECU8に発信される。これによって、CPU50pは、電動機用ECU8を介して、電動機Mを制御することができる。
記憶部50mには、本実施形態に係る駆動制御の処理手順を含むコンピュータプログラムや制御用データ等が格納されている。ここで、記憶部50mは、RAM(Random Access Memory)のような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。
上記コンピュータプログラムは、CPU50pへ既に記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、本実施形態に係る駆動制御の処理手順を実現できるものであってもよい。また、この駆動制御装置30は、前記コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、要求値演算部31、駆動力演算部32、動荷重基準駆動力演算部33、制御条件判定部34、駆動力設定部35の機能を実現するものであってもよい。
通信回線9に接続される電動機用ECU8は、入力ポート8iと、CPU8pと、プリドライバ8dとを備えている。入力ポート8iは通信回線9に接続されており、CPU8pは、通信回線9及び入力ポート8iを介して、ECU50から発信される電動機Mの駆動制御信指令を取得する。CPU8pは、取得した駆動制御指令に基づいて電動機Mに供給する電流の値、すなわち電流指令値を演算する。そして、CPU8pは、演算した電流指令値をプリドライバ8dに出力し、プリドライバ8d及びプリドライバ8dに接続される電動機制御回路6を介して、電動機Mを駆動制御する。
また、CPU8pは、入力ポート8iに接続されるレゾルバQ(左前電動機用レゾルバ40L、右前電動機用レゾルバ40R、左後電動機用レゾルバ41L、右後電動機用レゾルバ41R)が検出する電動機回転速度や、入力ポート8iに接続される駆動電流検出回路46が検出する電動機Mの駆動電流値を取得する。そして、CPU8pは、取得した電動機回転速度や駆動電流値に基づいて、ECU50から発信される電動機Mの駆動制御指令の通りに電動機Mが駆動されるように、電動機Mをフィードバック制御する。
電動機用ECU8が備えるプリドライバ8dは、CPU8pで演算された電流指令値を、パルス幅変調されたデューティ指令値W、V、U、Wb、Vb、Ubに変換するためのものである。ここで、デューティ指令値W、V、Uは正相の三相信号を表し、デューティ指令値Wb、Vb、Ubは逆相の三相信号を表す。プリドライバ8dから出力されるデューティ指令値W、V、U、Wb、Vb、Ubは電動機制御回路6が備えるインバータ回路に送られて、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rが駆動制御される。次に、本実施形態に係る駆動制御を説明する。次の説明では、適宜図1、図2を参照されたい。
図3は、実施形態1に係る駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。図4は、車輪と路面との間における駆動力及び制動力を示す概念図である。図5−1は、車輪がスリップするときにおける駆動力又は制動力の時間変化を示す概念図である。図5−2は、駆動力又は制動力と、車輪と路面との間におけるスリップ率との関係を示す説明図である。図6は、実施形態1に係る走行装置が備える車輪の駆動力、制動力、ヨーモーメントを説明するための概念図である。本実施形態に係る駆動制御を実行するにあたり、ステップS101において、駆動制御装置30が備える駆動力演算部32は、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの最大駆動力を求める。次に、この手法を説明する。
(最大駆動力を求める手法)
各車輪Wの最大駆動力を求めるためには、図4に示す車輪Wと路面GLとの間で発生可能な最大駆動力及び最大制動力の情報、及び動力発生手段である電動機Mで発生可能な駆動力の情報も必要である。このため、本実施形態では、各車輪Wの最大駆動力を求めるため、車輪−路面間における駆動力のピーク値(駆動力ピーク値)ftp、車輪−路面間における制動力のピーク値(制動力ピーク値)fbp、電動機の発生可能なトルクの最大値(電動機トルクピーク値)tmpを用いる。
左前輪2Lの駆動力ピーク値をftp_fl、右前輪2Rの駆動力ピーク値をftp_fr、左後輪3Lの駆動力ピーク値をftp_rl、右後輪3Rの駆動力ピーク値をftp_rrとし、左前輪2Lの制動力ピーク値をfbp_fl、右前輪2Rの制動力ピーク値をfbp_fr、左後輪3Lの制動力ピーク値をfbp_rl、右後輪3Rの制動力ピーク値をfbp_rrとする。なお、左前輪2L、右後輪3R等を区別しないときの駆動力ピーク値はftpで表し、制動力ピーク値はfbpで表す。
車両1の走行中、例えば、車輪Wを駆動する電動機Mのトルク(電動機駆動トルク)tmが増加すると(図5−1の上段)、車輪Wが路面GL上でスリップし始める。また、車輪Wを制動する制動力(電動機Mの回生トルクや制動装置Bの制動力)fbが増加すると(図5−1の上段)、車輪Wが路面GL上でスリップし始める。車輪Wがスリップし始めると、車輪Wの周速度(駆動輪速度)Vwと車両1の走行速度(車速V)との差が大きくなり、その結果としてスリップ率slipが増加し、車輪Wの駆動力あるいは制動力も増加する。
さらにスリップ率slipが増加すると、車輪Wの駆動力ftあるいは制動力fbはピーク値をとり(図5−1における時間t=t1)、それ以降はスリップ率slipの増加とともに車輪Wの駆動力ftあるいは制動力fbは低下する。車輪Wの駆動力ftあるいは制動力fbとスリップ率slipとの関係は、図5−2に示すようになる。すなわち、図5−2に示すように、車輪Wの駆動力ftあるいは制動力fbは、スリップ率slipの増加とともに大きくなり、スリップ率slipがslip_maxになったときに駆動力ピーク値ftpあるいは制動力ピーク値fbpとなる。
駆動力ピーク値ftpあるいは制動力ピーク値fbpを超えると(図5−1のt=t1以降)、車輪速度Vwは短時間で急激に上昇し、これにともなってスリップ率slipも急激に上昇する(図5−1の下段及び図5−2参照)。この場合、車輪Wの駆動力ftあるいは制動力fbを制御することにより、車輪Wのスリップが徐々にグリップ状態へ回復し始める。図5−1の中段において駆動輪速度Vwが低下して車速Vに近づいていく部分は、車輪Wのスリップがグリップ状態へ回復している途中であり、スリップ率slipはグリップ走行時におけるスリップ率へ近づいていく。
ここで、車輪Wの駆動力ftは式(1)で、車輪Wの制動力fbは式(2)で、スリップ率slipは式(3)で求めることができる。車輪速度Vwは、車輪Wの回転角速度をωとし、車輪Wの動荷重半径(車輪Wの回転軸Zrから外周までの距離)をRとすると、Vw=R×ωとなる(図4参照)。また、tmは車輪Wを駆動する電動機Mのトルク、tbは車輪Wを制動する制動トルク(電動機Mの電力回生による制動トルクも含む)、Ivは車輪Wのイナーシャも含んだ駆動系のイナーシャ、GRは駆動系の減速比、aは車輪Wの加速度(車輪加速度)である。なお、車輪加速度aは、車輪Wの回転角加速度である。駆動系のイナーシャIvは、例えば、本実施形態における車両1においては、電動機Mのローターから車輪Wまでの間に存在する動力伝達に関わる構造物すべてのイナーシャである。駆動系の減速比GRは、動力発生源である電動機Mが備えるローターから車輪Wまでの間における減速比であり、本実施形態に係る車両1が備える走行装置100のように、インホイール形式かつ直結の場合、減速比GR=1である。
駆動力ピーク値ftpは、例えば、式(1)から駆動力ftを求めるとともに、現時点の駆動力ft(m)が、現時点よりも1回前にサンプリングした駆動力(前回駆動力)ft(m−1)よりも小さくなったときの前回駆動力ft(m−1)とすることができる(mは1以上の整数)。制動力ピーク値fbpは、例えば、式(2)から制動力fbを求めるとともに、現時点の制動力fb(m)が、現時点よりも1回前にサンプリングした制動力(前回制動力)fb(m−1)よりも小さくなったときの前回制動力fb(m−1)とすることができる。なお、通常駆動力ピーク値ftpと制動力ピーク値fbpとは等しいため、制動力ピーク値fbpは、駆動力ピーク値ftpを用いてもよいし、制動力ピーク値fbpと、駆動力ピーク値ftpとを別個に求めてもよい。駆動力ピーク値ftp、制動力ピーク値fbpは、車輪Wと路面GLとの間の状況に応じて、適宜更新される。
また、左前電動機10Lの電動機トルクピーク値をtmp_fl、右前電動機10Rの電動機トルクピーク値をtmp_fr、左後電動機11Lの電動機トルクピーク値をtmp_rl、右後電動機11Rの電動機トルクピーク値をtmp_rrとする。電動機トルクピーク値tmpは、電動機Mの出力や、電動機Mの温度等に基づいて求められる。例えば、電動機Mの温度が上昇すると、過熱により電動機Mの耐久性が低下するおそれがあるため、電動機Mの温度が一定の値を超えた場合には、電動機Mの発生可能な出力が制限され、電動機トルクピーク値tmpも制限される。
ここで、電動機トルクピーク値tmpの単位はN・mであり、駆動力ピーク値ftp及び制動力ピーク値fbpの単位はNなので、これらの単位を揃えるために、電動機トルクピーク値tmpを車輪Wの駆動力に変換する必要がある。電動機トルクピーク値tmpを車輪Wの駆動力に変換する際には、電動機−車輪間の減速比GRと、図4に示す車輪Wの動荷重半径Rとを用いる。そして、数式tmp×GR/Rによって変換する。ここで、変換後の電動機トルクピーク値tmpを電動機駆動力ピーク値fmpといい、fmp=tmp×GR/Rである。そして、左前電動機10Lの電動機駆動力ピーク値をfmp_fl、右前電動機10Rの電動機駆動力ピーク値をfmp_fr、左後電動機11Lの電動機駆動力ピーク値をfmp_rl、右後電動機11Rの電動機駆動力ピーク値をfmp_rrとする。
ここで、fmp_fl=tmp_fl×GR_fl/R_fl、fmp_fr=tmp_fr×GR_fr/R_fr、fmp_rl=tmp_rl×GR_rl/R_rl、fmp_rr=tmp_rr×GR_rr/R_rrである。GR_fl、GR_fr、GR_rl、GR_rrは、それぞれ左前電動機10L−左前輪2L間の減速比、右前電動機10R−右前輪2R間の減速比、左後電動機11L−左後輪3L間の減速比、右後電動機11R−右後輪3R間の減速比である。また、R_fl、R_fr、R_rl、R_rrは、それぞれ左前輪2Lの動荷重半径、右前輪2Rの動荷重半径、左後輪3Lの動荷重半径、右後輪3Rの動荷重半径である。
上述した駆動力ピーク値ftp、制動力ピーク値fbp、電動機駆動力ピーク値fmpが、車輪Wで発生可能な最大駆動力Fmaxを求める際に必要な情報となる。車輪Wの摩擦円を考えると、車輪Wで発生可能な前後方向の力は等しいため、車輪Wが発生可能な駆動力と制動力とは、最大値が等しくなる。すなわち、車輪Wで発生可能な最大駆動力Fmaxは、車輪Wで発生可能な最大制動力Fbmaxであり、車輪Wで発生可能な最大駆動力は、最大駆動力及び最大制動力の両方を含む概念である。
本実施形態において、車輪Wの最大駆動力Fmaxは、駆動力ピーク値ftpの絶対値|ftp|、制動力ピーク値fbpの絶対値|fbp|、電動機駆動力ピーク値fmpの絶対値|fmp|のうち、最小の値とする。すなわち、Fmax=MIN(|ftp|、|fbp|、|fmp|)となる。このようにすることで、車輪Wで発生可能な最大駆動力Fmaxを、精度よく求めることができる。なお、駆動力ピーク値ftpの絶対値|ftp|と制動力ピーク値fbpの絶対値|fbp|とは等しくなる。
例えば、駆動力ピーク値ftpの絶対値|ftp|が最も小さい場合、車輪Wの最大駆動力Fmaxは、駆動力ピーク値ftpの絶対値|ftp|となる。この場合、電動機駆動力ピーク値fmpの絶対値|fmp|は、駆動力ピーク値ftpの絶対値|ftp|よりも大きいが、図6に示すように、車輪Wは、駆動力ピーク値ftp(あるいは制動力ピーク値fbp)よりも大きい駆動力を発生することはできないので、車輪Wの最大駆動力Fmax=|ftp|となる。また、電動機駆動力ピーク値fmpの絶対値|fmp|が最も小さい場合、車輪Wの最大駆動力Fmaxは、電動機駆動力ピーク値fmpの絶対値|fmp|となる。この場合、駆動力ピーク値ftpの絶対値|ftp|は、電動機駆動力ピーク値fmpの絶対値|fmp|よりも大きいので、車輪Wに電動機駆動力ピーク値fmpを付与しても、車輪Wは、電動機駆動力ピーク値fmpを駆動力として発生できる。
車輪Wの最大駆動力Fmaxは、車両1が備える走行装置100の各車輪についてそれぞれ求める。すなわち、左前輪2Lの最大駆動力(左前輪最大駆動力)Fmax_fl、右前輪2Rの最大駆動力(右前輪最大駆動力)Fmax_fr、左後輪3Lの最大駆動力(左後輪最大駆動力)Fmax_rl、右後輪3Rの最大駆動力(右後輪最大駆動力)Fmax_rrを、それぞれ下記のように求める。ここで、MIN(|aa|、|bb|、|cc|)は、|aa|、|bb|、|cc|のうち、最小のものを選択するという意味である。
Fmax_fl=MIN(|ftp_fl|、|fbp_fl|、|fmp_fl|)
Fmax_fr=MIN(|ftp_fr|、|fbp_fr|、|fmp_fr|)
Fmax_rl=MIN(|ftp_rl|、|fbp_rl|、|fmp_rl|)
Fmax_rr=MIN(|ftp_rr|、|fbp_rr|、|fmp_rr|)
上記手法により、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの最大駆動力を求めたら、ステップS102に進む。ステップS102において、駆動力演算部32は、車両1の前輪2で発生可能な最大駆動力及び最大ヨーモーメント、及び車両1の後輪3で発生可能な最大駆動力及び最大ヨーモーメントを求める。次に、この手法を説明する。
(前輪、後輪で発生可能な最大駆動力及び最大ヨーモーメントを求める手法)
車両1の前輪2が発生可能な駆動力の最大値(前輪最大駆動力)をFmax_f、車両1の後輪3が発生可能な駆動力の最大値(後輪最大駆動力)をFmax_rとする。また、車両1の前輪2が発生可能なヨーモーメントの最大値(前輪最大ヨーモーメント)をMmax_f、車両1の後輪3が発生可能なヨーモーメントの最大値(後輪最大ヨーモーメント)をMmax_rとする。ここで、図6に示すように、本実施形態においては、車両1が左旋回する場合のヨーモーメントMを正とし、車両1が右旋回する場合のヨーモーメントMを負とする。前輪最大駆動力Fmax_f、後輪最大駆動力Fmax_r、前輪最大ヨーモーメントMmax_f、後輪最大ヨーモーメントMmax_rは、式(4)〜式(7)で求めることができる。ここで、Dfは前輪2のトレッド、Drは後輪3のトレッドである(図6参照)。
図6に示すように、左前輪最大駆動力Fmax_flと左前輪最大制動力Fbmax_fl(すなわち左前輪最小駆動力Fmin_fl)とは等しい。同様に、右前輪最大駆動力Fmax_frと右前輪最大制動力Fbmax_fr(すなわち右前輪最小駆動力Fmin_fr)とは等しい。また、左後輪最大駆動力Fmax_rlと左後輪最大制動力Fbmax_rl(すなわち左後輪最小駆動力Fmin_rl)とは等しい。また、右後輪最大駆動力Fmax_rrと右後輪最大制動力Fbmax_rr(すなわち右後輪最小駆動力Fmin_rr)とは等しい。
したがって、前輪2の最小駆動力(前輪最小駆動力)Fmin_f(=Fmin_fl+Fmin_fr)、後輪3の最小駆動力(後輪最小駆動力)Fmin_r(=Fmin_rl+Fmin_rr)は、式(8)、式(9)のようになる。また、前輪2の最小ヨーモーメント(前輪最小ヨーモーメント)Mmin_f{=(Fmin_fr−Fmin_fl)×Df/2}、後輪3の最小ヨーモーメント(後輪最小ヨーモーメント)Mmin_r{=(Fmin_rr−Fmin_rl)×Dr/2}は、式(10)、式(11)のようになる。なお、前輪最小駆動力Fmin_fは、前輪2の最大制動力(前輪最大制動力)であり、後輪最小駆動力Fmin_rは、後輪3の最大制動力(後輪最大制動力)である。
ここで、前輪最大ヨーモーメントMmax_fは、車両1が左旋回する際に前輪2によって発生可能な最大ヨーモーメントであり、後輪最大ヨーモーメントMmax_rは、車両1が左旋回する際に後輪3によって発生可能な最大ヨーモーメントである。また、前輪最小ヨーモーメントMmin_fは、車両1が右旋回する際に前輪2によって発生可能な最大ヨーモーメントであり、後輪最小ヨーモーメントMmin_rは、車両1が右旋回する際に後輪3によって発生可能な最大ヨーモーメントである。
本実施形態においては、車両1が備える走行装置100が駆動力を発生したときのヨーモーメントや、車両1が備える走行装置がヨーモーメントを発生したときの駆動力の関係も考慮する。このため、車輪Wが最大あるいは最小駆動力を発生する場合におけるヨーモーメント、及び最大あるいは最小ヨーモーメント発生時における車輪Wの駆動力を求める。式(12)〜式(15)に、車輪Wが最大あるいは最小駆動力を発生する場合におけるヨーモーメントを示す。また、式(16)〜式(19)に、最大あるいは最小ヨーモーメント発生時における車輪Wの駆動力を示す。
ここで、M_atfmaxは、前輪最大駆動力(Fmax_f)発生時における前輪2のヨーモーメント、M_atrmaxは、後輪最大駆動力(Fmax_r)発生時における後輪3のヨーモーメント、M_atfminは、前輪最小駆動力(Fmin_f)発生時における前輪2のヨーモーメント、M_atrminは、後輪最小駆動力(Fmin_r)発生時における後輪3のヨーモーメントである。
また、F_atfmaxは、前輪最大ヨーモーメント(Mmax_f)発生時における前輪2の駆動力、F_atrmaxは、後輪最大ヨーモーメント(Mmax_r)発生時における後輪3の駆動力、F_atfminは、前輪最小ヨーモーメント(Mmin_f)発生時における前輪2の駆動力、F_atrminは、後輪最小ヨーモーメント(Mmin_r)発生時における後輪3の駆動力である。
ステップS102において、前輪、後輪で発生可能な最大駆動力及び最大ヨーモーメント等を求めたら、ステップS103に進む。ステップS103において、駆動力演算部32は、車両1の搭載する走行装置100が発生可能な駆動力及びヨーモーメントの範囲を示す境界枠を、駆動力を横軸(x軸)、ヨーモーメントを縦軸(y軸)とした直交座標上に作成する。この境界枠を、調整枠という。次に、調整枠について説明する。
(調整枠について)
図7−1、図7−2は、実施形態1に係る調整枠の一例を示す概念図である。図7−1、図7−2は、前輪2についての調整枠を示すが、本実施形態に係る駆動制御においては、後輪3についても前輪2と同様に調整枠を生成し、駆動制御を実行する。調整枠60は、ステップS102で求めた前輪最大駆動力Fmax_f等を用いて作成する。図7−1に示す調整枠60は、左前輪最大駆動力Fmax_flと右前輪最大駆動力Fmax_frとが等しい場合を示している。この場合、調整枠60は、前輪最大駆動力Fmax_f、前輪最小駆動力(すなわち前輪最大制動力)Fmin_f、前輪最大ヨーモーメントMmax_f、前輪最小ヨーモーメントMmin_fによって決定される菱形の四辺形となる。したがって、車両1が搭載する走行装置100の前輪2が発生可能な駆動力及びヨーモーメントの範囲は、前記菱形の四辺形の内部(辺上も含む)となる。
図7−1に示す調整枠60は、前輪2の駆動力(前輪駆動力)F_fが0のとき、前輪2の発生するヨーモーメント(前輪ヨーモーメント)M_fは、前輪最大ヨーモーメントMmax_f、前輪最小ヨーモーメントMmin_fをとる。また、前輪ヨーモーメントM_fが0のとき、前輪駆動力F_fは、前輪最大駆動力Fmax_f、前輪最小駆動力Fmin_fをとる。
図7−2に示す調整枠60は、路面状況の相違等によって、左前輪最大駆動力Fmax_flと右前輪最大駆動力Fmax_frとが異なる場合を示している。実線は、左前輪最大駆動力Fmax_flが右前輪最大駆動力Fmax_frよりも小さい場合であり、破線は右前輪最大駆動力Fmax_frが左前輪最大駆動力Fmax_flよりも小さい場合である。左前輪最大駆動力Fmax_flが右前輪最大駆動力Fmax_frよりも小さい場合は、例えば、図1に示す右前輪2Rは舗装路面を走行しているが、図1に示す左前輪2Lは砂の浮いた路面を走行してスリップが発生するような場合である。
左前輪最大駆動力Fmax_flと右前輪最大駆動力Fmax_frとが異なる場合、調整枠60は、図7−2に示すように平行四辺形となる。左前輪最大駆動力Fmax_flが右前輪最大駆動力Fmax_frよりも小さい場合、前輪2が前輪最大駆動力Fmax_fを発生する場合は、正の前輪ヨーモーメントM_f、すなわち、車両1を左に旋回させようとするヨーモーメントが発生する。また、前輪2が前輪最小駆動力(すなわち前輪最大制動力)Fmin_fを発生する場合は、負の前輪ヨーモーメントM_f、すなわち、車両1を右に旋回させようとするヨーモーメントが発生する。このように、左前輪最大駆動力Fmax_flと右前輪最大駆動力Fmax_frとが異なる場合、左前輪最大駆動力Fmax_flと右前輪最大駆動力Fmax_frとが等しい場合に対して、車両1の搭載する走行装置100の前輪2が発生可能な駆動力及びヨーモーメントの範囲が異なる。
次に、図7−2に示す調整枠60の作成手法を説明する。調整枠60を作成する上で、次の前提条件を設定する。まず、左前輪2L、左後輪3Lは、左前輪最大駆動力Fmax_fl、左後輪最大駆動力Fmax_rlに対して同じ割合でしか駆動力を発生しない。同様に、右前輪2R、右後輪3Rは、右前輪最大駆動力Fmax_fr、右後輪最大駆動力Fmax_rrに対して同じ割合でしか駆動力を発生しない。左前輪2L、左後輪3Lの駆動力発生割合をal、右前輪2R、右後輪3Rの駆動力発生割合をarとすると、左前輪駆動力F_fl、右前輪駆動力F_fr、左後輪駆動力F_rl、右後輪駆動力F_rrは、式(20)〜式(23)で定義される。なお、−1≦al≦1、−1≦ar≦1である。
図7−2に示す調整枠60の4個の頂点P1、P2、P3、P4では、前輪最大駆動力Fmax_f、前輪最小駆動力Fmin_f、前輪最大ヨーモーメントMmax_f、前輪最小ヨーモーメントMmin_fとなる。4個の頂点P1、P2、P3、P4間を、式(20)〜式(23)に基づいて左前輪駆動力F_fl及び右前輪駆動力F_frを変化させると、図7−2に示すように、4個の頂点P1、P2、P3、P4間が直線A1、A2、B1、B2で結ばれる。直線A1と直線A2とは平行であり、直線B1と直線B2とは平行である。また、直線A1、直線A2は、直線B1及び直線B2と交差する。このように、直線A1、A2、B1、B2が、平行四辺形形状の調整枠60の4辺となる。これによって、図7−2に示す調整枠60が作成される。
直線A1、A2、B1、B2においては、左前輪駆動力F_fl及び右前輪駆動力F_frは、それぞれ次のように変化する。
(1)直線A1において、左前輪駆動力F_flは、左前輪最大駆動力Fmax_flとなる。すなわち、al=1となる。また、右前輪駆動力F_frは最小駆動力(右前輪最小駆動力)Fmin_frから右前輪最大駆動力Fmax_frまで変化する。すなわち、arが−1から1まで変化する。
(2)直線A2において、左前輪駆動力F_flは、最小駆動力(左前輪最小駆動力)Fmin_flとなる。すなわち、al=−1となる。また、右前輪駆動力F_frは最小駆動力(右前輪最小駆動力)Fmin_frから右前輪最大駆動力Fmax_frまで変化する。すなわち、arが−1から1まで変化する。
(3)直線B1において、左前輪駆動力F_flは、左前輪最小駆動力Fmin_flから左前輪最大駆動力Fmax_flまで変化する。すなわち、alが−1から1まで変化する。また、右前輪駆動力F_frは、右前輪最大駆動力Fmax_frとなる。すなわち、ar=1となる。
(4)直線B2において、左前輪駆動力F_flは、左前輪最小駆動力Fmin_flから左前輪最大駆動力Fmax_flまで変化する。すなわち、alが−1から1まで変化する。また、右前輪駆動力F_frは、右前輪最小駆動力Fmin_frとなる。すなわち、ar=−1となる。
上記手順によって作成された調整枠60の直線A1、A2、B1、B2と平行な方向に移動すると、左前輪2L又は右前輪2Rのどちらかの駆動力が変化する。上記手順によって作成された調整枠60によって、車両1が搭載する走行装置100の前輪2が発生可能な駆動力及びヨーモーメントの範囲が表現できる。なお、上記説明においては、前輪2の調整枠60を作成したが、後輪3についても同様に調整枠を作成し、本実施形態に係る駆動制御を実行する(以下においても同様)。
上記手法により調整枠60を作成したら、ステップS104へ進む。ステップS104において、駆動制御装置30の制御条件判定部34は、要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠60の外にあるか否かを判定する。要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠60の外にあるか否かは、例えば、次のように判定される。まず、調整枠60を構成する直線A1、A2、B1、B2の式を求め、それぞれの式に要求駆動力及び要求ヨーモーメントを与える。そして、それぞれの式で左辺−右辺の値を求め、得られた値に基づき、要求駆動力及び要求ヨーモーメントが、調整枠60の外にあるか否かを判定する。
例えば、図7−2に示す調整枠60を構成する直線A1では、左辺−右辺の値が0であれば、要求駆動力及び要求ヨーモーメントは直線A1上に存在する。そして、左辺−右辺の値が正であれば、要求駆動力及び要求ヨーモーメントは直線A1よりも縦軸(M_f)の正側に存在し、左辺−右辺の値が負であれば、要求駆動力及び要求ヨーモーメントは直線A1よりも縦軸(M_f)の負側に存在する。直線A2、B1、B2についても直線A1と同様に判定し、直線A1、A2、B1、B2上、及び直線A1、A2、B1、B2で囲まれる領域内には要求駆動力及び要求ヨーモーメントが存在しない場合に、要求駆動力及び要求ヨーモーメントは調整枠60の外にあると判定される。また、直線A1、A2、B1、B2で囲まれる領域内(直線A1、A2、B1、B2上は除く)に要求駆動力及び要求ヨーモーメントが存在する場合に、要求駆動力及び要求ヨーモーメントは調整枠60内にあると判定する。
なお、本実施形態では、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fが調整枠60の外にあるか否かを判定する例を説明するが、後輪要求駆動力Fd_r及び後輪要求ヨーモーメントMd_rについても同様に判定されて、処理される。ここで、要求駆動力及び要求ヨーモーメントの求め方を説明する。
(要求駆動力及び要求ヨーモーメントの求め方)
要求駆動力差ΔFdは、車両1の旋回に必要なヨーモーメント(以下要求ヨーモーメントという)Mdから求めることができる。要求値演算部31は、操舵輪である左前輪2L及び右前輪2Rの操舵角θを検出する操舵角センサ45及び車両1の車速Vを検出する車速センサ43からの出力を取得する。そして、要求値演算部31は、取得した操舵角θ及び車速Vに基づいて車両1が旋回する際の目標ヨーモーメントMpを算出し、その算出された目標ヨーモーメントと、ヨーセンサ44から出力された実ヨーモーメントとの偏差を、要求ヨーモーメントMdとする。
要求ヨーモーメントMdは車両1に対するものなので、前輪2及び後輪3で要求ヨーモーメントMdを発生できればよい。本実施形態では、例えば、前輪2と後輪3とで、均等に要求ヨーモーメントMdを分担するものとして、要求ヨーモーメントMdを、前輪2と後輪3とに1:1で配分する。この場合、要求値演算部31は、前輪2に要求されるヨーモーメント(前輪要求ヨーモーメント)Md_f、及び後輪3に要求されるヨーモーメント(後輪要求ヨーモーメント)Md_rは、それぞれMd/2となる。
前輪要求ヨーモーメントMd_f、後輪要求ヨーモーメントMd_rから、前輪2に要求される前輪要求駆動力差ΔFd_f及び後輪3に要求される後輪要求駆動力差ΔFd_rを求めることができる。要求値演算部31は、前輪要求ヨーモーメントMd_f及び後輪要求ヨーモーメントMd_rから、前輪要求駆動力差ΔFd_f及び後輪要求駆動力差ΔFd_rを求める。そして、要求値演算部31は、前輪要求駆動力差ΔFd_f及び後輪要求駆動力差ΔFd_rを発生できるように、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rそれぞれの駆動力を決定する。
このとき、車両1の左右の車輪間で駆動力を変更して要求ヨーモーメントMdを発生させる前後において、車両1の総駆動力F_allが変化すると運転者に違和感を与えるため、要求ヨーモーメントMdを発生させる前後において、車両1の総駆動力F_allが一定となるようにすることが好ましい。このような手法により、左前輪2Lに要求される駆動力(左前輪要求駆動力)Fd_fl、右前輪2Rに要求される駆動力(右前輪要求駆動力)Fd_fr、左後輪3Lに要求される駆動力(左後輪要求駆動力)Fd_rl、右後輪3Rに要求される駆動力(右後輪要求駆動力)Fd_rrが決定される。前輪に要求される駆動力(前輪要求駆動力)Fd_fはFd_fl+Fd_frで、後輪に要求される駆動力(後輪要求駆動力)Fd_rはFd_rl+Fd_rrで求めることができる。
枠の内外の判定
ステップS104においてYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34が、要求駆動力及び要求ヨーモーメントは図7−2に示す調整枠60の外にあると判定した場合、車両1が搭載する走行装置100の前輪2は、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fを発生できない。このため、ステップS105に進み、駆動力演算部32は、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fが、調整枠60上となるように調整する。
(要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠の外にある場合)
この場合、車両1が搭載する走行装置100の前輪2は、要求される前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fを発生できない。このため、駆動力演算部32は、当初要求される前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fを、調整枠60上に調整する。すなわち、当初要求された前輪要求駆動力Fd_f及び前輪ヨーモーメントMd_fは制限を受けることになる。ここで、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fを、調整枠60上に調整する手法を説明する。
図7−3は、要求される前輪駆動力及び前輪ヨーモーメントが調整枠の外にある場合における前輪要求駆動力及び前輪要求ヨーモーメントを調整する手法の一例を示す説明図である。例えば、調整枠60において、ヨーモーメント発生割合R_Mと駆動力発生割合R_Fとの比(ヨーモーメント−駆動力比という)R_M:R_F(=R_M/R_F)を用いて、調整枠60外の要求ヨーモーメントMd及び要求駆動力Fd(座標Pd)を調整枠60上に調整する。
ヨーモーメント−駆動力比R_M:R_Fは、調整枠60上に前輪要求ヨーモーメントMd_fと前輪要求駆動力Fd_fとを調整したときにおける、ヨーモーメント発生割合R_Mと駆動力発生割合R_Fとの比である。例えば、R_M:R_Fを0.5:1とした場合、調整枠61上において、ヨーモーメントは0.5の割合で発生させ、駆動力は1の割合で発生させるということになる。なお、ヨーモーメント発生割合R_M及び駆動力発生割合R_Fは、無次元である。
ヨーモーメント−駆動力比を用いて前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fを調整する場合、当初要求されている前輪要求ヨーモーメントMd_f及び前輪要求駆動力Fd_fを、ヨーモーメント−駆動力比から得られる一定の傾きR_M/R_F(=R_M:R_F)で調整枠60に近づける。そして、調整枠60と交わった座標Pdlimのヨーモーメント及び駆動力を、前輪制限要求ヨーモーメントMdlim_f及び前輪制限要求駆動力Fdlim_fとする。
ステップS105において、駆動力演算部32が、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fを調整枠60上へ調整したら、ステップS108へ進み、駆動力演算部32は、左前輪2L及び右前輪2Rの駆動力を求める。なお、左後輪3L及び右後輪3Rの駆動力も、後輪要求駆動力Fd_r及び後輪要求ヨーモーメントMd_rを調整枠60上へ調整することによって、前輪と同様に求めることができる。
調整枠60上においては、車両1が搭載する走行装置100の前輪2が発生可能な駆動力及びヨーモーメントは限界値であるため、左前輪2Lの駆動力及び右前輪2Rの駆動力は、一義的に決定される。上述したように、図7−2に示す調整枠60の直線A1、A2、B1、B2上では、左前輪2L又は右前輪2Rのいずれか一方が最大又は最小駆動力となり、もう一方は最小駆動力から最大駆動力まで変化する。そして、その変化は、式(20)、式(21)で定義したように、al又はarの変化によって表される。
調整枠60上においては、左前輪2Lの駆動力又は右前輪2Rの駆動力のうちいずれか一方は決定されるため、決定されない方の駆動力のみを変化させて、左前輪2Lの駆動力及び右前輪2Rの駆動力を決定することになる。したがって、当初要求された前輪要求駆動力Fd_f及び前輪ヨーモーメントMd_fを調整枠60上に調整した後における値が、調整枠60のどの直線上に存在するかによって、駆動力の配分が異なる。
制限後の前輪要求駆動力(前輪制限要求駆動力)Fdlim_fが直線A1上にある場合、左前輪駆動力F_flは、左前輪最大駆動力Fmax_fl(al=1)となる。すなわち、左前輪駆動力F_fl=Fmax_flとなる。また、右前輪駆動力F_frは、右前輪最小駆動力Fmin_frから右前輪最大駆動力Fmax_frまで変化する(arは−1から1まで変化する)。前輪制限要求駆動力Fdlim_fは、式(24)となるので、式(24)からarを求めると、arは式(25)となる。したがって、右前輪駆動力F_fr=ar×Fmax_fr=Fdlim_f−Fmax_flとなる。
前輪制限要求駆動力Fdlim_fが直線A2上にある場合、左前輪駆動力F_flは、左前輪最小駆動力Fmin_fl(al=−1)となる。すなわち、左前輪駆動力F_fl=Fmin_flとなる。また、右前輪駆動力F_frは、右前輪最小駆動力Fmin_frから右前輪最大駆動力Fmax_frまで変化する(arは−1から1まで変化する)。前輪制限要求駆動力Fdlim_fは、式(26)となるので、式(26)からarを求めると、式(27)となる。したがって、右前輪駆動力F_fr=ar×Fmax_fr=Fdlim_f−Fmin_flとなる。
前輪制限要求駆動力Fdlim_fが直線B1上にある場合、右前輪駆動力F_frは、右前輪最大駆動力Fmax_fr(ar=1)となる。すなわち、右前輪駆動力F_fr=Fmax_frとなる。また、左前輪駆動力F_flは、左前輪最小駆動力Fmin_flから左前輪最大駆動力Fmax_flまで変化する(alは−1から1まで変化する)。前輪制限要求駆動力Fdlim_fは、式(28)となるので、式(28)からalを求めると、alは式(29)となる。したがって、左前輪駆動力F_fl=al×Fmax_fl=Fdlim_f−Fmax_frとなる。
前輪制限要求駆動力Fdlim_fが直線B2上にある場合、右前輪駆動力F_frは、右前輪最小駆動力Fmin_fr(ar=−1)となる。すなわち、右前輪駆動力F_fr=Fmin_frとなる。また、左前輪駆動力F_flは、左前輪最小駆動力Fmin_flから左前輪最大駆動力Fmax_flまで変化する(alは−1から1まで変化する)。前輪制限要求駆動力Fdlim_fは、式(30)となるので、式(30)からalを求めると、alは式(31)となる。したがって、左前輪駆動力F_fl=al×Fmax_fl=Fdlim_f−Fmin_frとなる。
(要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠内にある場合)
ステップS104でNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34が、要求駆動力及び要求ヨーモーメントは、図7−2に示す調整枠60の外にないと判定した場合、ステップS106へ進む。この場合、要求駆動力及び要求ヨーモーメントは、図7−2に示す調整枠60上か調整枠60内にある。ステップS106において、制御条件判定部34は、要求駆動力及び要求ヨーモーメントが、図7−2に示す調整枠60内にあるか否かを判定する。
ステップS106においてYesと判定された場合、ステップS107に進む。そして、駆動力演算部32は、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fが調整枠60内にある場合において、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの駆動力を求める。次に、この手法を説明する。
要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠内にある場合、車両1が搭載する走行装置100の前輪2は、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fを発生できる。ただし、前輪2が発生可能な駆動力には余裕があるため、左前輪2Lと右前輪2Rとに配分する駆動力の組み合わせは複数存在し、左前輪2Lと右前輪2Rとに配分する駆動力の組み合わせは一意に決定されない。
このため、本実施形態では、調整枠60が、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪ヨーモーメントMd_fと重なる位置まで、すなわち、調整枠60の枠上に前輪要求駆動力Fd_f及び前輪ヨーモーメントMd_fが位置するまで調整枠60の形状を変更する(本実施形態では調整枠60を縮小する)。そして、ステップS108に進み、駆動力演算部32は、形状を変更した調整枠60aを用いて、上述した要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠上にある場合に要求駆動力を求める手法と同様の手法で、左前輪駆動力F_fl及び右前輪駆動力F_frを決定する。
ここで、調整枠60の形状の変更には、調整枠60とは異なる形に変更すること、及び調整枠60の大きさのみを変更すること、すなわち調整枠60と相似形に変更することの両方を含む。また、調整枠60の枠とは、調整枠60を構成する直線A1、A2、B1、B2を意味する。
上述した手法によれば、左前輪2Lの駆動力及び右前輪2Rの駆動力に等しい割合で余裕を持たせることができる。また、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪ヨーモーメントMd_fが調整枠60の内部に存在する場合には、左前輪2L及び右前輪2Rの駆動力の組み合わせが複数存在する。しかし、上記手法により、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪ヨーモーメントMd_fを実現可能な左前輪2L及び右前輪2Rの駆動力を、左前輪2L及び右前輪2Rが発生可能な範囲で一意に決定することができる。その結果、左前輪2Lと右前輪2Rとの間で駆動力を異ならせる制御を実行する際には、車両1の走行安定性を向上させることができる。次に、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fが調整枠60内にある場合において、左前輪2L及び右前輪2Rの駆動力を求める第1の手法を説明する。
(各車輪の駆動力を求める第1の手法)
図8−1〜図8−3は、要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠内にある場合において、各車輪の駆動力を求める第1の手法を説明する概念図である。図9は、調整枠の形状を変更する手順を示すフローチャートである。第1の手法は、作成した調整枠60を複数の領域(この例では2個)に分割し、調整枠60内の前輪要求ヨーモーメントMd_f及び前輪要求駆動力Fd_f(座標Pd)が存在する領域の形状を変更することにより、調整枠60の形状を変更する。ここで、座標Pd(Fd_f、Md_f)を要求点という。
要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠内にある場合に、各車輪の駆動力を求めるにあたって、ステップS201で、駆動力演算部32は、調整枠60を複数の領域に分割する。上述したように、本実施形態では、調整枠60を2個の領域に分割する。次に、この手法を説明する。
本実施形態では、調整枠60の中線を境界として、2個の領域に調整枠60を分割する。調整枠60の中線は、図8−1に示す調整枠60において、直線B1の中点と直線B2の中点とを結ぶ線分L1(以下中線L1という)、及び直線A1の中点と直線A2の中点とを結ぶ線分L2(以下中線L2という)の2種類が存在する。中線L1の長さΔL1は式(32)で、中線L2の長さΔL2は式(33)で求めることができる。
調整枠60を分割するためには、中線L1、中線L2のいずれを用いてもよいが、より長い方を用いることが好ましい。このようにすれば、調整枠60の形状を変更する際の変更量をより小さくできるので、形状を変更した後の調整枠の面積低下を抑制することができる。これによって、発生可能な前輪駆動力F_f及び前輪ヨーモーメントM_fの範囲の低下を抑制することができる。
ここで、中線L1は直線A1、A2に平行であり、中線L2は直線B1、B2に平行である。直線A1、直線A2において、右前輪駆動力F_frは、右前輪最小駆動力Fmin_frから右前輪最大駆動力Fmax_frまで変化する。また、直線B1、B2において、左前輪駆動力F_flは、左前輪最小駆動力Fmin_flから左前輪最大駆動力Fmax_flまで変化する。すなわち、直線A1、A2の長さ(中線L1の長さに相当)が右前輪駆動力F_frの変化する範囲、すなわち、右前輪2Rが発生可能な駆動力を表し、直線B1、B2の長さ(中線L2の長さに相当)が左前輪駆動力F_flの変化する範囲、すなわち、左前輪2Lが発生可能な駆動力を表す。したがって、中線L1又は中線L2のうち、より長い方を用いて調整枠60を分割するということは、車両1が備える車輪(左前輪2L又は右前輪2R)が発生可能な駆動力に基づき、調整枠60を分割するということになる。本実施形態では、車両1が備える車輪が発生可能な駆動力がより大きい方に基づき、調整枠60を分割する。
本実施形態では、中線L1又は中線L2のうち、より長い方を用いて、調整枠60を分割する。図8−1に示す例では、中線L1の方が中線L2よりも長いので、本実施形態では中線L1を用いて調整枠60を2個の領域S1、S2に分割する。ここで、中線L1の上方、すなわち中線L1に対して縦軸(前輪ヨーモーメントM_f)の正側の領域がS1、中線L1の下方、すなわち中線L1に対して縦軸(前輪ヨーモーメントM_f)の負側の領域がS2である。
上記手法により調整枠60を分割したら、ステップS202へ進み、駆動力演算部32は、要求点Pdが存在する領域を判定する。中線L1によって調整枠60を2個の領域に分割しているので、要求点Pd(Fd_f、Md_f)が、中線L1の上方(縦軸の正側)にあるか下方(縦軸の負側)にあるかによって、要求点Pdが存在する領域が異なる。中線L1の式は、駆動力の変数をF、ヨーモーメントの変数をMとすると、式(34)で表すことができる。
式(34)のMに、要求点Pdの前輪要求ヨーモーメントMd_fを代入し、式(34)のFに、要求点Pdの前輪要求駆動力Fd_fを代入する。そして、代入後における式(34)の左辺−右辺の値が0以上である場合には、要求点Pdは、分割後における調整枠60の領域S1に存在し(中線L1上も含む)、代入後における式(34)の左辺−右辺の値が0よりも小さい場合には、要求点Pdは、分割後における調整枠60の領域S2に存在する。このようにして、駆動力演算部32は、要求点Pdが存在する領域を判定する。
ステップS202により、要求点Pdが存在する調整枠60内の領域が判明したので、ステップS203において、駆動力演算部32は、調整枠60を変更する。まず、要求点Pdが領域S1、すなわち、中線L1に対して縦軸(前輪ヨーモーメントM_f)の正側の領域に存在する場合に、調整枠60を変更する手法を説明する。
まず、直線A1及び直線A2に平行、かつ要求点Pdを通る直線Ldと、直線B1との交点PB1(Fb1、Mb1)、及び直線Ldと直線B2との交点PB2(Fb2、Mb2)が求められる。ここで、直線Ldは、式(35)で求めることができる。また、Fb1、Mb1、Fb2、Mb2は、それぞれ式(36)、式(37)、式(38)、式(39)で求めることができる。また、a1は式(40)で、a2は式(41)で、a3は式(42)で求めることができる。
領域S1に要求点Pdが存在する場合、図8−1に示す調整枠60は、上記手順で得られたPB1(Fb1、Mb1)、PB2(Fb2、Mb2)、頂点P1(Fmax_f、M_atfmax)、頂点P4(F_atfmin、Mmin_f)を用いて、図8−2に示す調整枠60aに変更される。この場合、調整枠60aの頂点は、P1、PB1、PB2、P4となる。
要求点Pdが領域S2、すなわち、中線L1に対して縦軸(前輪ヨーモーメントM_f)の負側の領域に存在する場合には、要求点Pdが領域S1に存在する場合と同様に、直線A1及び直線A2に平行、かつ要求点Pdを通る直線Ldと、直線B1との交点PB1(Fb1、Mb1)、及び直線Ldと直線B2との交点PB2(Fb2、Mb2)が求められる。そして、得られた交点PB1(Fb1、Mb1)、及び交点PB2(Fb2、Mb2)を用いて調整枠60を変更する。この場合、図8−1に示す調整枠60は、図8−3に示す調整枠60bに変更される。調整枠60bの頂点は、PB1、P2(F_atfmax、Mmax_f)、P3(Fmin_f、M_atfmin)、PB2となる。
上記手法によって、調整枠60を調整枠60a、又は調整枠60bに変更することにより、要求点Pd(Fd_f、Md_f)は、調整枠60a、又は調整枠60b上に存在する。これによって、上述した、調整枠上に要求駆動力及び要求ヨーモーメントがある場合に、要求駆動力を求める手法と同様の手法を用いて、左前輪駆動力F_fl及び右前輪駆動力F_frを決定することができる。ステップS107において、駆動力演算部32が調整枠60の形状を変更して新たな調整枠60a、60bを作成したら、ステップS108へ進み、車両1が備える各車輪Wの駆動力を求める。
(各車輪の駆動力を求める第2の手法)
図10−1〜図10−3は、要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠内にある場合において、各車輪の駆動力を求める第2の手法の考え方を説明するための概念図である。図11は、調整枠の形状を変更する手順を示すフローチャートである。図12−1〜図12−4は、第2の手法を説明する概念図である。第2の手法は、上記第1の手法と同様に、作成した調整枠60を複数の領域(この例では4個)に分割し、調整枠60内の前輪要求ヨーモーメントMd_f及び前輪要求駆動力Fd_f(座標Pd)が存在する領域の形状を変更することにより、調整枠60の形状を変更する。第2の手法は、調整枠60の分割数が第1の手法よりも多い。
図10−1に示すように、調整枠60は、4個の領域S1、S2、S3、S4に分割される。図1に示す車両1の各車輪Wにおいて、図10−1の領域S1や領域S2に要求点Pdが存在する場合には、上述した第1の手法のように調整枠60を領域S1、領域S2の2分割として、調整枠60bに変更することで、適切に各車輪Wの駆動力を設定する(図10−2参照)。
しかし、図10−1の領域S4や領域S3に要求点Pdが存在すると、図10−3に示すように、形状を変更した後における調整枠60bは、形状を変更する前における調整枠60よりも発生可能な前輪駆動力F_f及び前輪ヨーモーメントM_fの範囲が大幅に小さくなる。ここで、図10−1に示す調整枠60において、左前輪駆動力F_flの調整可能な範囲は直線B1又は直線B2の長さで表され、右前輪駆動力F_frの調整可能な範囲は直線A1又はA2の長さで表される。
図10−1に示す調整枠60は直線A1及びA2の長さが直線B1、B2の長さよりも大きいため、右前輪駆動力F_frの調整可能な範囲は左前輪駆動力F_flよりも大きい。このため、図10−1に示す調整枠60を2分割するとともに、直線A1を移動させることによって図10−3に示す調整枠60bとする場合、駆動力の調整範囲に余裕が少ない車輪W(図10−3に示す例では左前輪2L)の駆動力の調整範囲をさらに小さくするおそれがある。
図10−3に示す調整枠60bは、調整枠60の直線A1を動かすが、これによって、左前輪駆動力F_flの上限が小さくなる。この場合、調整枠60の直線B1を動かすと、右前輪駆動力F_frの上限が小さくなるが、その程度は直線A1を動かして、左前輪2Lの駆動力Flの上限が小さくなる場合よりも低い。したがって、図10−1の領域S4に要求点Pdが存在する場合には、直線B1を動かすことにより調整枠60の形状を変更する方が、各輪Wの発生可能な駆動力をより有効に利用することができる。
第2の手法において、図10−1に示すように、調整枠60は、領域S1、領域S2、領域S3、領域S4に分割される。領域S1及び領域S2は、第1の手法で説明した中線L1(図8−1参照)によって分割される。領域S1は、中線L1と、直線A2と、調整枠60の頂点P3を通り横軸(前輪駆動力F_f)に平行な直線と、調整枠60の頂点P2を通り縦軸(前輪ヨーモーメントM_f)に平行な直線とで囲まれる領域である。また、領域S2は、中線L1と、直線A1と、調整枠60の頂点P1を通り横軸(前輪駆動力F_f)に平行な直線と、調整枠60の頂点P4を通り縦軸(前輪ヨーモーメントM_f)に平行な直線とで囲まれる領域である。
領域S3は、直線B2と、調整枠60の頂点P3を通り横軸(前輪駆動力F_f)に平行な直線と、調整枠60の頂点P4を通り縦軸(前輪ヨーモーメントM_f)に平行な直線とで囲まれる領域である。また、領域S4は、直線B1と、調整枠60の頂点P1を通り横軸(前輪駆動力F_f)に平行な直線と、調整枠60の頂点P2を通り縦軸(前輪ヨーモーメントM_f)に平行な直線とで囲まれる領域である。
要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠60内にある場合に、各車輪Wの駆動力を求めるにあたって、ステップS301において、駆動力演算部32は、調整枠60を2分割する中線L1を求める。中線L1は、上述した第1の手法における中線L1と同一であり、駆動力の変数をF、ヨーモーメントの変数をMとすると、上述した式(34)で表すことができる。
ここで、上述した中線L1又は中線L2(図9−1参照)のうち、より長い中線を用いることにより、調整枠60の形状を変更する際の変更量をより小さくできるので、発生可能な前輪駆動力F_f及び前輪ヨーモーメントM_fの範囲をより大きくすることができる。このため、第2の手法においても、調整枠60を2分割する中線として、上述した中線L1又は中線L2(図9−1参照)のうち、より長い方(この説明では中線L1)を用いる。
次に、ステップS302において、駆動力演算部32は、要求点Pdの存在する調整枠60内の領域を決定する。まず、駆動力演算部32は、式(34)のMに要求点Pdの前輪要求ヨーモーメントMd_fを代入し、式(34)のFに要求点Pdの前輪要求駆動力Fd_fを代入し、代入後における式(34)の左辺−右辺の値を求める。代入後における式(34)の左辺−右辺の値をJAとする。駆動力演算部32は、下記(1)〜(4)の判定基準に基づき、要求点Pdが存在する領域を判定する。
(1)JA≧0、かつMd_f≧M_atfmin、かつMd_f≦Mmax_f、かつFd_f≦F_atfmax、かつFd_f≧Fmin_fが成立する場合、図12−1に示すように、要求点Pdは領域S1に存在する。
(2)JA<0、かつMd_f≦M_atfmax、かつMd_f≧Mmin_f、かつFd_f≧F_atfmin、かつFd_f≦Fmax_fが成立する場合、図12−2に示すように、要求点Pdは領域S2に存在する。
(3)Md_f<M_atfmin、かつMd_f>Mmin_f、かつFd_f<F_atfmin、かつFd_f>Fmin_fが成立する場合、図12−3に示すように、要求点Pdは領域S3に存在する。
(4)Md_f<M_atfmax、かつMd_f<M_atfmax、かつFd_f>F_atfmax、かつFd_f<Fmax_fが成立する場合、図12−4に示すように、要求点Pdは領域S4に存在する。
ステップS302により、要求点Pdが存在する調整枠60内の領域が判明したので、ステップS303において、駆動力演算部32は、調整枠60を変更する。図12−1に示すように、要求点Pdが領域S1に存在する場合には、直線A1及び直線A2に平行、かつ要求点Pdを通る直線Ldと、直線B1との交点PB1(Fb1、Mb1)、及び直線Ldと直線B2との交点PB2(Fb2、Mb2)が求められる。ここで、直線Ldは、式(35)で求めることができる。また、Fb1、Mb1、Fb2、Mb2は、それぞれ式(36)、式(37)、式(38)、式(39)で求めることができる。また、a1は式(40)で、a2は式(41)で、a3は式(42)で表される。
領域S1に要求点Pdが存在する場合、図10−1に示す調整枠60は、図12−1に示す調整枠60aに変更される。調整枠60aの頂点は、P1(Fmax_f、M_atfmax)、PB1(Fb1、Mb1)、PB2(Fb2、Mb2)、P4(F_atfmin、Mmin_f)となる。
図12−2に示すように、要求点Pdが領域S2に存在する場合には、要求点Pdが領域S1に存在する場合と同様に、直線A1及び直線A2に平行、かつ要求点Pdを通る直線Ldと、直線B1との交点PB1(Fb1、Mb1)、及び直線Ldと直線B2との交点PB2(Fb2、Mb2)が求められる。そして、得られた交点PB1(Fb1、Mb1)、及び交点PB2(Fb2、Mb2)を用いて調整枠60を変更する。この場合、図10−1に示す調整枠60は、図12−2に示す調整枠60bに変更される。調整枠60bの頂点は、PB1(Fb1、Mb1)、P2(F_atfmax、Mmax_f)、P3(Fmin_f、M_atfmin)、PB2(Fb2、Mb2)となる。
図12−3に示すように、要求点Pdが領域S3に存在する場合には、直線B1及び直線B2に平行、かつ要求点Pdを通る直線Leと、直線A1との交点PA1(Fa1、Ma1)、及び直線Leと直線A2との交点PA2(Fa2、Ma2)が求められる。ここで、直線Leは、式(43)で求めることができる。また、Fa1、Ma1、Fa2、Ma2は、それぞれ式(44)、式(45)、式(46)、式(47)で求めることができる。また、b1は式(48)で、b2は式(49)で、b3は式(50)で表される。
領域S3に要求点Pdが存在する場合、図10−1に示す調整枠60は、図12−3に示す調整枠60cに変更される。調整枠60cの頂点は、P1(Fmax_f、M_atfmax)、P2(F_atfmax、Mmax_f)、PA2(Fa2、Ma2)、PA1(Fa1、Ma1)となる。
図12−4に示すように、要求点Pdが領域S4に存在する場合には、要求点Pdが領域S3に存在する場合と同様に、直線B1及び直線B2に平行、かつ要求点Pdを通る直線Leと、直線A1との交点PA1(Fa1、Ma1)、及び直線Leと直線A2との交点PA2(Fa2、Ma2)が求められる。そして、得られた交点PA1(Fa1、Ma1)、及び交点PA2(Fa2、Ma2)を用いて調整枠60を変更する。この場合、図10−1に示す調整枠60は、図12−4に示す調整枠60dに変更される。調整枠60dの頂点は、PA1(Fa1、Ma1)、PA2(Fa2、Ma2)、P3(Fmin_f、M_atfmin)、P4(F_atfmin、Mmin_f)となる。
上記手法によって、調整枠60を調整枠60a、又は調整枠60b、又は調整枠60c、又は調整枠60dに変更することにより、要求点Pd(Fd_f、Md_f)は、調整枠60a、又は調整枠60b、又は調整枠60c、又は調整枠60d上に存在する。これによって、上述した、調整枠上に要求駆動力及び要求ヨーモーメントがある場合に、要求駆動力を求める手法と同様の手法を用いて、左前輪駆動力F_fl及び右前輪駆動力F_frを決定することができる。ステップS107において、駆動力演算部32が調整枠60の形状を変更して新たな調整枠60a、60b等を作成したら、ステップS108へ進み、車両1が備える各車輪Wの駆動力を求める。
(各車輪の駆動力を求める第3の手法)
図13−1、図13−2は、要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠内にある場合において、各車輪の駆動力を求める第3の手法を説明する概念図である。図14は、調整枠の形状を変更する手順を示すフローチャートである。第3の手法は、調整枠60の各頂点へ所定の補正係数Kを乗ずるとともに、要求点Pdが調整枠60になるまで、補正係数Kを変更するものである。すなわち、調整枠60の上に要求点Pdがくるように、調整枠60の形状を相似変化(相似縮小)させるものである。
要求駆動力及び要求ヨーモーメントが調整枠60内にある場合に、各車輪Wの駆動力を求めるにあたり、調整枠60が作成されたら、ステップS401において、駆動力演算部32は、調整枠60の各頂点P1、P2、P3、P4に、所定の補正係数Kを乗ずる。これによって、調整枠60の各頂点P1、P2、P3、P4は、P1(K×Fmax_f、K×M_atfmax)、P2(K×F_atfmax、K×Mmax_f)、P3(K×Fmin_f、K×M_atfmin)、P4(K×F_atfmin、K×Mmin_f)となる。
次に、ステップS402において、駆動力演算部32は、補正係数Kを乗じた調整枠60の各頂点P1、P2、P3、P4を用いて、調整枠60を構成する直線A1、A2、B1、B2の式を求める。ここで、駆動力の変数をF、ヨーモーメントの変数をMとすると、駆動力の変数をF、ヨーモーメントの変数をMとすると直線A1は式(51)で、直線A2は式(52)で、直線B1は式(53)で、直線B2は式(54)で表される。
調整枠60を構成する直線A1、A2、B1、B2の式が求められたら、ステップS403において、駆動力演算部32は、直線A1、A2、B1、B2を表す各式の補正係数Kを1にする。そして、ステップS404において、駆動力演算部32は、要求点Pdは、直線A1、A2、B1、B2のうちの少なくとも1つの近傍に存在するか否かを判定する。次に、この判定手法を説明する。
第3の手法では、前輪要求駆動力Fd_f及び前輪要求ヨーモーメントMd_fを直線A1、A2、B1、B2を表す各式に与え、各式において、左辺−右辺の絶対値を求め、所定の判定閾値DLTと比較する。直線A1における比較を式(55)に、直線A2における比較を式(56)に、直線B1における比較を式(57)に、直線B2における比較を式(58)に示す。そして、求めた絶対値のうち少なくとも一つが所定の判定閾値DLTよりも小さい場合、すなわち、式(55)〜式(58)のうちの少なくとも一つが成立する場合には、要求点Pdは、直線A1、A2、B1、B2のうちの少なくとも1つの近傍に存在すると判定する。
求めたすべての絶対値が、所定の判定閾値DLT以上である場合には、要求点Pdは、直線A1、A2、B1、B2のうちの少なくとも1つの近傍に存在しないと判定する。この場合、ステップS405に進み、現在の補正係数Kから所定の値ΔKを減算した値を新たな補正係数として式(55)〜式(58)に与え、求めた絶対値のうち少なくとも一つが、所定の判定閾値DLTよりも小さくなるまでステップS404、ステップS405を繰り返す。ここで、ΔK<1である。
ステップS404でYesと判定された場合、すなわち、求めた絶対値のうち少なくとも一つが、所定の判定閾値DLTよりも小さい場合には、要求点Pdは、直線A1、A2、B1、B2のうちの少なくとも1つの近傍に存在する。この場合、ステップS406に進む。ステップS406においては、ステップS404でYesと判定されたときの補正係数Kを乗じた各頂点P1(K×Fmax_f、K×M_atfmax)、P2(K×F_atfmax、K×Mmax_f)、P3(K×Fmin_f、K×M_atfmin)、P4(K×F_atfmin、K×Mmin_f)を用いて、図13−1に示す調整枠60を、図13−2に示す調整枠60aに変更する。
上記手法によって、調整枠60を変更することにより、要求点Pd(Fd_f、Md_f)は、変更した調整枠60上に存在する。これによって、上述した、調整枠上に要求駆動力及び要求ヨーモーメントがある場合に、要求駆動力を求める手法と同様の手法を用いて、左前輪駆動力F_fl及び右前輪駆動力F_frを決定することができる。ステップS107において、駆動力演算部32が調整枠60の形状を変更して新たな調整枠60aを作成したら、ステップS108へ進み、車両1が備える各車輪Wの駆動力を求める。
(車輪と路面との間の摩擦係数を考慮する場合)
上記手法により、調整枠60内に要求点Pdが存在する場合における各車輪W、すなわち、図1に示す車両1が備える左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの駆動力を求めることができる。ここで、調整枠の形状を変更することにより各車輪の駆動力を決定する手法を、車輪と路面との間の摩擦に応じて変更してもよい。本実施形態では、車輪と路面との間の摩擦を表す尺度として最大摩擦係数を用いるが、車輪と路面との間の摩擦を表す尺度はこれに限定されるものではなく、最大制駆動力、あるいは最大制駆動力発生時におけるスリップ率を用いてもよい。
例えば、雪上や氷上のように、車輪Wと路面との間の摩擦が低い(すなわち、車輪Wと路面との間の最大摩擦係数μmaxが低い場合)路面を車両1が走行する場合、車両1の走行安定性が要求される。このような場合、上述した第3の手法により、調整枠60を相似縮小させて、車両1が備える各車輪Wの駆動力を決定する。このようにすれば、車両1の走行安定性が要求される場合には、車両1が備える各車輪Wの駆動力を同等に変化させることができるので、車両1の走行安定性が向上する。
図15−1は、車輪と路面との間の摩擦係数に応じて、各車輪の駆動力を決定する手法を変更する方法の手順を示すフローチャートである。要求駆動力及び要求ヨーモーメントが図7−2に示す調整枠60内にある場合、ステップS51において、駆動力演算部32は、車輪Wと路面との間の最大摩擦係数μmaxを取得する。
車輪Wの最大制駆動力をfmax、車輪Wが担う荷重(車輪負荷荷重)をNとすると、最大摩擦係数μmaxはfmax/Nで求めることができる。車輪Wと路面との間の摩擦係数μが最大値(最大摩擦係数μmax)であるときに、車輪Wは最大の制駆動力を発生する。最大摩擦係数μmaxは、車両1の走行中に取得する車輪Wの最大制駆動力fmaxに基づいて求め、図2に示すECU50の記憶部50mに格納しておく。
ステップS51において、駆動力演算部32は、図2に示すECU50の記憶部50mに格納されている、車輪Wと路面との間の最大摩擦係数μmaxを取得する。次に、ステップS52において、制御条件判定部34は、最大摩擦係数μmaxと予め定めた制御切替閾値μcとを比較する。
ステップS52においてYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34がμmax<μcであると判定した場合、ステップS53に進む。そして、駆動力演算部32は、補正係数Kで調整枠60を変更(相似縮小)することにより、車両1が備える各車輪Wの駆動力を決定する。
ステップS52においてNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34がμmax≧μcであると判定した場合、ステップS54に進む。そして、駆動力演算部32は、調整枠60を分割する手法によって調整枠60を変更することにより、車両1が備える各車輪Wの駆動力を決定する。この手法によれば、車両1の走行安定性が要求される場合には、補正係数Kで調整枠60を相似縮小させる手法を用いて、車両1が備える各車輪Wの駆動力を同等に変化させることができるので、車両1の走行安定性が向上する。
また、次に説明するような考え方によって、調整枠の形状を変更することにより各車輪の駆動力を決定する手法を、車輪と路面との間の摩擦係数(最大摩擦係数)に応じて変更してもよい。車輪Wと路面との間の摩擦係数μが大きくなるにしたがって、車両1が備える車輪Wが発生することのできる駆動力は大きくなり、これにともなって、車両1の発生可能なヨーモーメントも大きくなる。一方、車輪Wと路面との間の摩擦係数μが小さくなるにしたがって、車両1が備える車輪Wが発生することのできる駆動力は小さくなり、これにともなって、車両1の発生可能なヨーモーメントも小さくなる。
このように、車輪Wと路面との間の摩擦係数μが小さい場合には、車輪Wが発生可能な駆動力自体が小さい。このため、調整枠60を複数の領域に分割して調整枠60の形状を変更する手法を用いる場合、車輪Wと路面との間の摩擦係数μが小さいときに、調整枠60の分割数が少ないと、車輪Wの駆動力の調整範囲が必要以上に小さくなるおそれがある。このため、車輪Wと路面との間の摩擦係数μが小さいときには、調整枠60の分割数を多くすることにより、車輪Wの駆動力の調整範囲が必要以上に小さくなることを回避する。
図15−2は、車輪と路面との間の摩擦係数に応じて、各車輪の駆動力を決定する手法を変更する方法の手順を示すフローチャートである。要求駆動力及び要求ヨーモーメントが図7−2に示す調整枠60内にある場合、ステップS501において、駆動力演算部32は、車輪Wと路面との間の最大摩擦係数μmaxを取得する。
次に、ステップS502において、制御条件判定部34は、最大摩擦係数μmaxと予め定めた制御切替閾値μc1とを比較する。ステップS502においてYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34がμmax<μc1であると判定した場合、ステップS503に進む。そして、駆動力演算部32は、調整枠60の分割数を4分割とした上で調整枠60の形状を変更することにより、車両1が備える各車輪Wの駆動力を決定する。
ステップS502においてNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34がμmax≧μc1であると判定した場合、ステップS504に進む。そして、駆動力演算部32は、調整枠60の分割数を2分割とした上で調整枠60の形状を変更することにより、車両1が備える各車輪Wの駆動力を決定する。この手法によれば、車輪Wと路面との間の摩擦係数μが予め定めた所定の値よりも小さいときには、調整枠60の分割数を多くすることにより、車輪Wの駆動力の調整範囲が必要以上に小さくなることを回避できる。
(動荷重配分による各車輪の駆動力)
ステップS108で、車両1が備える各車輪Wの駆動力が求められたら、ステップS109に進む。ステップS109では、動荷重配分によって車両1が備える各車輪Wの駆動力を求める。動荷重配分による各車輪の駆動力は、車両1が備える走行装置100の前輪2の荷重と後輪3の荷重との配分比(前後輪荷重配分比)に基づいて、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの駆動力を求める手法である。動荷重配分による左前輪駆動力Fu_fl、右前輪駆動力Fu_fr、左後輪駆動力Fu_rl、右後輪駆動力Fu_rrと、車両1が備える走行装置100全体に対して要求される要求駆動力Fdとの関係は式(59)で表される。また、動荷重配分による左前輪駆動力Fu_fl、右前輪駆動力Fu_fr、左後輪駆動力Fu_rl、右後輪駆動力Fu_rrと、駆動力配分制御によって車両1に発生させるために要求される要求ヨーモーメントMdとの関係は、式(60)で表される。ここで、Dfは前輪2のトレッド幅であり、Drは後輪3のトレッド幅である。
式(59)、式(60)では、要求駆動力Fd及び要求ヨーモーメントMdから左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの駆動力を求めることはできない。このため、前輪2の駆動力と後輪3の駆動力との比(前後輪駆動力比)、及び前輪2のヨーモーメントと後輪3のヨーモーメントとの比(前後輪ヨーモーメント比)を、前後輪荷重配分比として、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの駆動力を求める。ここで、前後輪荷重配分比をw:(1−w)=前輪の荷重割合:後輪の荷重割合とする。なお、0≦w≦1である。動荷重配分によって各車輪の駆動力を求める場合、荷重がより大きい車輪の方が、発生可能な駆動力の余裕が大きいとして、前後輪荷重配分比を前後輪駆動力比、前後輪ヨーモーメント比とする。前後輪駆動力比を前後輪荷重配分比とすると、式(61)が成立する。また、前後輪ヨーモーメント比を前後輪荷重配分比とすると、式(62)が成立する。
式(59)〜式(62)を用いて、動荷重配分による左前輪駆動力Fu_fl、右前輪駆動力Fu_fr、左後輪駆動力Fu_rl、右後輪駆動力Fu_rrを求めると、式(63)〜式(66)のようになる。ここで、c0=Fd、c1=2×Md−Df×Fd、c2=−(1−w)×Fd、c3=−2×(1−w)+Dr×(1−w)×Fdである。
ステップS109で動荷重配分による各車輪の駆動力を求めたら、ステップS110へ進む。ステップS110では、制御条件判定部34が、動荷重配分により求めた駆動力Fuと、ステップS101で求めた最大駆動力Fmaxとを、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rそれぞれに対して比較する。すなわち、動荷重配分による左前輪駆動力Fu_flと左前輪最大駆動力Fmax_flとを比較し、動荷重配分による右前輪駆動力Fu_frと右前輪最大駆動力Fmax_frとを比較し、動荷重配分による左後輪駆動力Fu_rlと左後輪最大駆動力Fmax_rlとを比較し、動荷重配分による右後輪駆動力Fu_rrと右後輪最大駆動力Fmax_rrとを比較する。そして、動荷重配分により求めた駆動力がステップS101で求めた最大駆動力を超える車輪が少なくとも一輪存在するか否かを判定する。
ステップS110でYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34が、動荷重配分により求めた駆動力がステップS101で求めた最大駆動力を超える車輪が少なくとも一輪存在すると判定した場合、ステップS111へ進む。ステップS111では、駆動制御装置30の駆動力設定部35が、ステップS101〜ステップS104までの手法で求めた左前輪駆動力Fr_fl、右前輪駆動力Fr_fr、左後輪駆動力Fr_rl、右後輪駆動力Fr_rrを、それぞれ左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの要求駆動力として設定する。そして、ECU50の電動機制御部50peが要求駆動力となるように、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rを制御する。このとき、制動装置Bを制御してもよい(以下同様)。ここで、ステップS101〜ステップS104までの手法は、各車輪の発生可能な最大駆動力を考慮して、各車輪の駆動力を求める手法である。
これによって、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rと路面との間の摩擦係数や車両1の運転状況を考慮して、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rに駆動力を配分できるので、例えば、前輪2に対する要求駆動力が、前輪2の発生可能な駆動力を上回るような場合、前輪2ではまかなえない分の駆動力を後輪3で発生させることができる。これによって、車両1の安定性向上、走行性能向上といった効果が得られる。また、車両1は、より運転者の要求に近い走行性能を発揮できるので、ドライバビリティが向上する。
ステップS110でNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34が、動荷重配分により求めた駆動力がステップS101で求めた最大駆動力を超える車輪は存在しないと判定した場合、ステップS112へ進む。ステップS112では、駆動力設定部35が、ステップS109で求めた動荷重配分による左前輪駆動力Fu_fl、右前輪駆動力Fu_fr、左後輪駆動力Fu_rl、右後輪駆動力Fu_rrを、それぞれ左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rの要求駆動力として設定する。そして、ECU50の電動機制御部50peが要求駆動力となるように、左前電動機10L、右前電動機10R、左後電動機11L、右後電動機11Rを制御する。
例えば、図1に示す車両1の前後輪荷重配分比が6:4であり、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rと路面との間の摩擦係数がすべて等しい場合には、ステップS101〜ステップS104までの手法では、前後輪駆動力比が5:5となる。この場合、前輪2の発生可能な駆動力が後輪3の発生可能な駆動力よりも大きいにも関わらず、前後輪駆動力比が5:5なので、前輪2は発生可能な駆動力に余裕があることになり、前輪2の発生可能な駆動力を有効に利用できないことになる。このため、動荷重配分により求めた駆動力が、各車輪の発生可能な駆動力の範囲にある場合には、動荷重配分により求めた駆動力を各車輪の要求駆動力とする。これによって、各車輪が発生可能な駆動力を有効に利用して、効率よく車両1を走行させることができる。
以上、本実施形態では、車輪の発生可能な駆動力及び車輪によって発生可能なヨーモーメントの範囲を示す境界枠を作成するとともに、車輪に対する要求駆動力及び車両に対する要求ヨーモーメントが調整枠の内部に存在する場合には、前記要求駆動力及び前記要求ヨーモーメントが調整枠の枠上になるように調整枠の形状を変更することにより、前記要求駆動力及び前記要求ヨーモーメントを実現する、それぞれの車輪の駆動力を求める。車輪に対する要求駆動力及び車両に対する要求ヨーモーメントが調整枠の内部に存在する場合には、それぞれの車輪の駆動力の組み合わせが複数存在するが、本実施形態により、前記要求駆動力及び前記要求ヨーモーメントを実現可能なそれぞれの車輪の駆動力を、それぞれの車輪が発生可能な範囲で一意に決定することができる。その結果、複数の車輪間で駆動力を異ならせる制御を実行する際に、車両の走行安定性をより向上させることができる。
また、本実施形態では、車輪の発生可能な駆動力及び車輪によって発生可能なヨーモーメントを考慮して各車輪の駆動力を決定する。これによって、車輪と路面との摩擦係数が低い車輪や、車輪を駆動する動力発生手段の出力が限界になっている場合でも、これらを考慮して各車輪に駆動力を配分することができる。その結果、各車輪に適切な駆動力を発生させることができるので、複数の車輪間で駆動力を異ならせる制御を実行する際に、車両の走行安定性をより向上させることができる。
(実施形態2)
図16は、実施形態2に係る駆動制御装置の構成例を示す説明図である。図17は、実施形態2に係る駆動制御の手順を示すフローチャートである。実施形態2は、実施形態1と同様の構成であるが、前輪、後輪毎、あるいは車輪毎に、要求された駆動力及びヨーモーメントを達成できるか否かを判定し、達成できない車輪がある場合には、駆動力に余裕がある車輪で不足分を補う点が異なる。他の構成は、実施形態1と同様である。次においては、図1に示す、実施形態1で説明した車両1及びこの車両1が搭載する走行装置100に、実施形態2に係る駆動制御を適用した例を説明する。
実施形態2に係る駆動制御は、図16に示す駆動制御装置30aで実現できる。駆動制御装置30aは、図2に示す、実施形態1に係る駆動制御装置30に、駆動力補償部36をさらに備えて構成される。実施形態2に係る駆動制御のステップS601〜ステップS608は、実施形態1に係る駆動制御のステップS101〜ステップS108と同様なので、説明を省略する。ステップS601〜ステップS608によって左前輪駆動力Fr_fl、右前輪駆動力Fr_fr、左後輪駆動力Fr_rl、右後輪駆動力Fr_rrが求められたら、ステップS609に進む。
ステップS609において、駆動制御装置30aの駆動力補償部36は、ステップS601〜ステップS608によって求めた各車輪の駆動力を用いて、前輪駆動力F_f(=F_fl+F_fr)及び後輪駆動力F_r(=F_rl+F_rr)を求める。また、駆動力補償部36は、ステップS601〜ステップS608によって求めた各車輪の駆動力を用いて、前輪ヨーモーメントM_f{=(F_fl−F_fr)Df/2}及び後輪ヨーモーメントM_r{=(F_rl−F_rr)Dr/2}を求める。
ここで、ステップS601〜ステップS608によって求められた、左前輪駆動力F_fl、右前輪駆動力F_fr、左後輪駆動力F_rl、右後輪駆動力F_rrは、車輪と路面との摩擦係数や運転状況を考慮して得られる、左前輪2L、右前輪2R、左後輪3L、右後輪3Rが発生可能な駆動力である。したがって、ステップS609で求めた前輪駆動力F_f及び後輪駆動力F_rも、車輪と路面との摩擦係数や運転状況を考慮して得られる、前輪2及び後輪3が発生可能な駆動力である。同様に、ステップS609で求めた前輪ヨーモーメントM_f及び後輪ヨーモーメントM_rも、車輪と路面との摩擦係数や運転状況を考慮して得られる、前輪2及び後輪3が発生可能なヨーモーメントである。
次に、ステップS610において、駆動制御装置30aの制御条件判定部34は、ステップS609で求めた前輪駆動力F_f及び後輪駆動力F_rを、それぞれ当初要求されていた前輪要求駆動力Fd_f及び後輪要求駆動力Fd_rと比較する。また、制御条件判定部34は、ステップS609で求めた前輪ヨーモーメントM_f及び後輪ヨーモーメントM_rを、それぞれ当初要求されていた前輪要求ヨーモーメントMd_f及び後輪要求ヨーモーメントMd_rと比較する。
ステップS610においてNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34が、F_f≧Fd_f、かつF_r≧Fd_r、かつM_f≧Md_f、かつM_r≧Md_rであると判定した場合、ステップS613に進む。ステップS613〜ステップS615までは、実施形態1に係る駆動制御のステップS108〜ステップS112と同様なので、説明を省略する。
ステップS610においてYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34が、F_f<Fd_f、又はF_r<Fd_r、又はM_f<Md_f、又はM_r<Md_rの少なくとも一つが成立すると判定した場合、ステップS611に進む。ステップS611において、制御条件判定部34は、発生可能な駆動力あるいはヨーモーメントが、当初要求されていた要求駆動力(前輪要求駆動力Fd_f、後輪要求駆動力Fd_r)、又は要求ヨーモーメント(前輪要求ヨーモーメントMd_f、後輪要求ヨーモーメントMd_r)に足りないのは、前輪2又は後輪3のいずれか一方であるか否かを判定する。
ステップS611においてNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34が、発生可能な駆動力あるいはヨーモーメントが、当初要求されていた要求駆動力又は要求ヨーモーメントに足りないのは、前輪2及び後輪3の両方であると判定した場合、ステップS612に進む。ステップS612において、制御条件判定部34は、現在の駆動力補償制御カウントNを0として(N=0)、ステップS613へ進む(Nは整数)。ステップS613〜ステップS615までは、実施形態1に係る駆動制御のステップS108〜ステップS112と同様なので、説明を省略する。駆動力補償制御カウントNは、後述する駆動力補償制御を実行した回数を表すものであり、初期値は0である。
ステップS611においてYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34が、発生可能な駆動力あるいはヨーモーメントが、当初要求されていた要求駆動力に又は要求ヨーモーメントに足りないのは、前輪2又は後輪3のいずれか一方であると判定した場合、ステップS616へ進む。ステップS616において、駆動力補償部36は、現在の駆動力補償制御カウントNに1を加算した値を、新たな駆動力補償制御カウントNとする(N=N+1)。
ステップS616で新たな駆動力補償制御カウントNをN+1としたら、ステップS617において、制御条件判定部34は、新たな駆動力補償制御カウントNと、予め定めた駆動力補償制御実行数閾値nとを比較する。ステップS617においてYesと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34がN>nであると判定した場合、駆動制御装置30は、ステップS612〜ステップS615までの手順を実行する。これは、駆動力補償制御実行ルーチンが無限に繰り返されることを回避するためである。
ステップS617においてNoと判定された場合、すなわち、制御条件判定部34がN≦nであると判定した場合、ステップS618に示す駆動力補償制御実行ルーチンへ進む。次に、駆動力補償制御実行ルーチンについて説明する。
図18は、実施形態2に係る駆動制御の駆動力補償制御実行ルーチンを示すフローチャートである。駆動力補償制御実行ルーチンを実行するにあたり、ステップS701において、駆動力補償部36は、発生可能な駆動力あるいはヨーモーメントが、当初要求されていた要求駆動力又は要求ヨーモーメントに足りない車輪において、当初要求されていた要求駆動力及び要求ヨーモーメントと、ステップS609で求めた駆動力及びヨーモーメントとの差分を求める。
発生可能な駆動力あるいはヨーモーメントが、当初要求されていた要求駆動力又は要求ヨーモーメントに足りない車輪が前輪2である場合、前輪要求駆動力Fd_fとステップS609で求めた前輪駆動力F_fとの差分(駆動力差分)ΔF_fは、式(67)で求めることができる。また、前輪要求ヨーモーメントMd_fとステップS609で求めた前輪ヨーモーメントM_fとの差分(ヨーモーメント差分)ΔM_fは、式(68)で求めることができる。なお、この場合、後輪3は、発生可能な駆動力及びヨーモーメントが、当初要求されていた要求駆動力及び要求ヨーモーメントを充足しており、発生可能な駆動力及びヨーモーメントには余裕がある。すなわち、当初要求されていた要求駆動力及び要求ヨーモーメントは、図7−2に示す調整枠60の枠内に存在する。
次に、ステップS702において、前輪2の駆動力差分ΔF_f及びヨーモーメント差分ΔM_fを、発生可能な駆動力及びヨーモーメントに余裕のある後輪3へ加算する。後輪3に要求される駆動力及びヨーモーメントの前回値をそれぞれFd_r(k−1)、Md_r(k−1)とし、後輪3に要求される駆動力及びヨーモーメントの今回値をそれぞれFd_r(k)、Md_r(k)とすると、Fd_r(k)、Md_r(k)は、それぞれ式(69)、(70)で求めることができる(kは2以上の整数)。駆動力補償部36が、式(69)、式(70)に基づいてFd_r(k)、Md_r(k)を求めたら、駆動力補償制御実行ルーチンが終了し、ステップS603に戻る。そして、駆動制御装置30aは、ステップS603以降の手順を実行する。
上記手順により、発生可能な駆動力あるいはヨーモーメントが、当初要求されていた要求駆動力又は要求ヨーモーメントに足りない車輪がある場合には、発生可能な駆動力及びヨーモーメントに余裕がある車輪で足りない分を補うことができる。これによって、車両1の安定性がより向上し、また走行性能をより効果的に向上させることができる。また、車両1は、より運転者の要求に近い走行性能を発揮できるので、ドライバビリティがさらに向上する。
以上、本実施形態では、発生可能な駆動力あるいはヨーモーメントが、当初要求されていた要求駆動力又は要求ヨーモーメントに足りない車輪については、発生可能な駆動力及びヨーモーメントに余裕がある車輪で駆動力の不足分を補うことができる。その結果、さらなる車両の安定性向上、ドライバビリティの向上という効果が得られる。